SIC Estudo de Confiabilidade de um Sistema de Suprimento de Energia Elétrica. Autores: Patrício Fernandes de Castro, Especialista

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SIC 2010

Estudo de Confiabilidade de um Sistema de

Suprimento de Energia El

é

trica

Autores:

Patrício Fernandes de Castro, Especialista Salvador Simões Filho, D.Sc.

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Introdu

ç

ão

z Objetivo: determinar qual é a melhor topologia para o sistema

elétrico de uma planta industrial, englobando os aspectos de confiabilidade e disponibilidade do sistema elétrico.

z Essa apresentação vem destacar a importância da realização de

um estudo de confiabilidade no processo decisório do tipo de topologia que será utilizada em um sistema elétrico. Vale

lembrar, que esse estudo pode ser extendido para outros tipos de sistemas (mecânico, pneumático, hidráulico, etc.).

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Agenda

1. Visão Geral – 2’

2. Premissas Adotadas no Estudo – 3’

3. Dados de Falhas dos Componentes – 3’

4. Análise das Topologias

• Radial Simples – 4’ • Barra Dupla – 6’

• Primário Seletivo – 6’

5. Conclusões – 6’

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1. Visão Geral

z O estudo realizado é uma análise de algumas topologias

possíveis para a alimentação de uma planta industrial.

z Os sistemas analisados serão compostos por:

Barra de onde vai se retirar a alimentação do sistema elétrico (Barras Jupiá 1 e 2 do Sistema Interligado Nacional - SIN);

Linha de transmissão;

Topologia dos alimentadores de entrada da planta (barramentos); Transformador de entrada.

z Os seguintes tópicos serão apresentados:

Premissas adotadas para o estudo – mostram o escopo do trabalho; Dados de falhas dos componentes – taxas de falha e tempo de reparo; Análise das topologias – estudos de confiabilidade de cada topologia; Conclusão – apresenta a topologia com melhor desempenho de

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2. Premissas Adotadas no

Estudo

z Os equipamentos foram modelados seguindo distribuição de

probabilidades de falha exponencial e tendo tempo de reparo constante;

z A taxa de falhas e o tempo de reparo para as barras de Jupiá 1 e

2, foram assumidos como representando todo o sistema de geração até o ponto de conexão dessas barras;

z O estudo aqui realizado não engloba o sistema interno da planta

a ser alimentada, ele é relativo apenas ao sistema que interliga o ponto de suprimento interligado ao SIN até o ponto de entrada do sistema elétrico da planta;

z A carga e a geração foram considerados como sendo um

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3. Dados de Falhas dos

Componentes

z Barras de Conexão com o SIN

Tabela 1 – Taxa de falha e tempo de reparo para o ponto de conexão na subestação de Jupiá nas barras 1 e 2. Adaptado de: Operador Nacional do Sistema Elétrico, 2009

z Equipamentos

Tabela 2 - Taxa de falha e tempo de reparo para a linha de transmissão, transformador de entrada, disjuntores e barramento. Fonte: Ludwig, 2009, p. 3; ARNO, 2007, p. 219-220

Ponto de Conexão Taxa de Falhas (falhas/ano) Taxa de Falhas (falhas/hora) Tempo de Reparo (horas/falha)

Jupiá 1 0,875 9,99E-05 0,453

Jupiá 2 0,250 2,85E-05 0,400

Equipamento Taxa de Falhas (falhas/ano) Taxa de Falhas (falhas/hora) Tempo de Reparo (horas/falha) Linha de Transmissão 138kV 0,69564 7,94E-05 2,958 Transformador 138kV 0,58355 6,66E-05 11,726 Disjuntor acima de 600V 0,0036 4,11E-07 109,000 Barramento acima de 600V 0,001917 2,19E-07 17,300

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lise

das

Topologias

z Topologias Estudadas: Radial Simples; Barra Dupla; Primário Seletivo. z Pontos de Conexão: Barra Jupiá 1; Barra Jupiá 2; z Dados de interesse: Confiabilidade; Tempo Indisponível Taxa de Falhas

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Topologias

z Topologia Radial Simples

Jupiá 1

Figura 1 – Diagrama unifilar da Topologia Radial Simples Jupiá 1.

Figura 2 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Radial Simples Jupiá 1.

Tabela 3 – Análise de confiabilidade da topologia Radial Simples alimentado pela barra Jupiá 1. Jupiá 1 LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada Disjuntor 3 S P T rafo 138kV Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,7809 10,3532 2,1695

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Topologias

Jupiá 2

Figura 3 – Diagrama unifilar da Topologia Radial Simples Jupiá 2.

Figura 4 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Radial Simples Jupiá 2.

Tabela 4 – Análise de confiabilidade da topologia Radial Simples alimentado pela barra Jupiá 2.

Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,8387 10,1672 1,5479 Jupiá 2 LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada Disjuntor 3 S P Trafo 138kV

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Topologias

z Topologia Radial Simples conectado a barra Jupiá 2 possui

menor taxa de falhas que quando a conexão é feita na barra Jupiá 1;

z Isso se deve a barra Jupiá 2 ter menor índice de falhas que a

barra Jupiá 1;

z Com uma menor taxa de falha e tempo de reparo, a barra Jupiá 2

é conexão mais interessante para a planta a ser alimentada nesse tipo de topologia.

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Topologias

z Topologia Barra Dupla

Jupiá 1

Figura 5 – Diagrama unifilar da Topologia Barra Dupla Jupiá 1.

Jupiá 1 LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P Trafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 4 Disjuntor 5 Barramento Entrada 2 Disjuntor 6 S P Trafo2 138kV Tie Carga Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,8879 0,401 0,8682

Tabela 5 – Análise de confiabilidade da topologia Barra Dupla alimentado pela barra Jupiá 1.

Figura 6 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Barra Dupla Jupiá 2.

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Topologias

Jupiá 2

Figura 7 – Diagrama unifilar da Topologia Barra Dupla Jupiá 2.

Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,9536 0,1161 0,2513 Jupiá 2 LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P Trafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 4 Disjuntor 5 Barramento Entrada 2 Disjuntor 6 S P Trafo2 138kV T ie Carga

Figura 8 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Barra Dupla Jupiá 2.

Tabela 6 – Análise de confiabilidade da topologia Barra Dupla alimentado pela barra Jupiá 2.

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Topologias

Jupiá 1 e 2

Figura 9 – Diagrama unifilar da Topologia Barra Dupla Jupiá 1 e 2.

Jupiá 2 LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P Trafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 4 Disjuntor 5 Barramento Entrada 2 Disjuntor 6 S P Trafo2 138kV Tie Carga Jupiá 1 Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,9646 0,0076 0,0034

Figura 10 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Barra Dupla Jupiá 1 e 2.

Tabela 7 – Análise de confiabilidade da topologia Barra Dupla alimentado pela barra Jupiá 1 e 2.

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Topologias

z A Topologia Barra Dupla conectado as barras Jupiá 1 e Jupiá 2

possui menor taxa de falhas que quando a conexão é feita apenas numa das barras Jupiá 1 ou Jupiá 2 separadamente;

z Isso se deve ao fato que a probabilidade de falha das barras

Jupiá 1 e Jupiá 2 ao mesmo tempo, ser bem menor que a probabilidade de falha individual das barras;

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Topologias

z Topologia Primário Seletivo

Jupiá 1

Figura 11 – Diagrama unifilar da Topologia Primário Seletivo Jupiá 1.

LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P Trafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 5 Disjuntor 6 Barramento Entrada 2 Disjuntor 7 S P Trafo2 138kV Tie 1 Carga Jupiá 1 Tie 2 Barra A Barra B Disjuntor 4 Disjuntor 8 Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,8957 0,4079 0,8889

Figura 12 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Primário Seletivo Jupiá 1.

Tabela 8 – Análise de confiabilidade da topologia Primário Seletivo alimentado pela barra Jupiá 1.

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Topologias

Jupiá 2

Figura 13 – Diagrama unifilar da Topologia Primário Seletivo Jupiá 2.

LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P T rafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 5 Disjuntor 6 Barramento Entrada 2 Disjuntor 7 S P T rafo2 138kV T ie 1 Carga Jupiá 2 T ie 2 Barra A Barra B Disjuntor 4 Disjuntor 8 Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,9620 0,1071 0,2429

Figura 14 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Primário Seletivo Jupiá 2.

Tabela 9 – Análise de confiabilidade da topologia Primário Seletivo alimentado pela barra Jupiá 2.

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Topologias

Jupiá 1 e 2

Figura 15 – Diagrama unifilar da Topologia Primário Seletivo Jupiá 1 e 2.

LT - 138kV Disjuntor 1 Disjuntor 2 Barramento Entrada 1 Disjuntor 3 S P T rafo1 138kV LT - 138kV0 Disjuntor 5 Disjuntor 6 Barramento Entrada 2 Disjuntor 7 S P T rafo2 138kV T ie 1 Carga Jupiá 1 T ie 2 Barra A Barra B Disjuntor 4 Disjuntor 8 Jupiá 2 Confiabilidade (1000horas) Tempo Indisponível (horas/ano) Quantidade de Falhas (falhas/ano) 0,9788 0,0051 0,0017

Figura 16 – Digrama de Blocos montado no BlockSim para análise da topologia Primário Seletivo Jupiá 1 e 2.

Tabela 10 – Análise de confiabilidade da topologia Primário Seletivo alimentado pela barra Jupiá 1 e 2.

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Topologias

z A Topologia Primário Seletivo conectado as barras Jupiá 1 e

Jupiá 2 possui menor taxa de falhas que quando a conexão é

feita apenas numa das barras Jupiá 1 ou Jupiá 2 separadamente;

z Isso se deve ao fato que a probabilidade de falha das barras

Jupiá 1 e Jupiá 2 ao mesmo tempo, ser bem menor que a probabilidade de falha individual das barras;

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5. Conclusão

z Comparativo Entre Topologias

Tabela 11 – Análise de confiabilidade da topologia Primário Seletivo alimentado pela barra Jupiá 1 e 2.

z Topologia Primário Seletivo com alimentação proveniente das

barras Jupiá 1 e 2 foi a melhor dentre as demais topologias sob a ótica da confiabilidade e tempo indisponível.

Topologia Barra Confiabilidade (1000horas)

Tempo Indisponível (horas/ano)

Quantidade de Falhas (falhas/ano)

Radial Simples Jupiá 1 0,7809 10,3532 2,1695 Jupiá 2 0,8387 10,1672 1,5479 Barra Dupla Jupiá 1 0,8879 0,401 0,8682 Jupiá 2 0,9536 0,1161 0,2513 Jupiá 1 e 2 0,9646 0,0076 0,0034 Primário Seletivo Jupiá 1 0,8957 0,4079 0,8889 Jupiá 2 0,9620 0,1071 0,2429 Jupiá 1 e 2 0,9788 0,0051 0,0017

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5. Conclusão

z Condução do processo decisório para determinar a melhor

topologia a ser utilizada:

(Investimento inicial de cada topologia + custos de O&M ) – (tempo

indisponível x lucro cessante da unidade) = topologia mais viável para a planta industrial;

A vida útil da unidade deve ser levada em consideração;

Análises técnicas de cada topologia devem ser feitas de modo a indicar algum tipo de inviabilidade e isso deve fazer parte do processo decisório.

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6. Onde conseguir Mais

informa

ç

ões

z ROCZEN, Brian. Basic Concepts of Reliability. In: Institute of

Electrical and Electronics Engineers, Inc IEEE. IEEE Std. 493 Gold Book. Design of Reliable Industrial and Commercial

Power Systems. Estados Unidos, 2007.

z KOVAL, D. O. Planning and design. In: Institute of Electrical and

Electronics Engineers, Inc IEEE. IEEE Std. 493 Gold Book.

Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems. Estados Unidos, 2007.

z ARNO, Robert G. Summary of equipment reliability data. In:

Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc IEEE. IEEE Std. 493 Gold Book. Design of Reliable Industrial and

Commercial Power Systems. Estados Unidos, 2007. p.

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6. Onde conseguir Mais

informa

ç

ões

z MIRANDA, José Augusto de; JUNIOR, Joel Trindade Mariz.

Confiabilidade. In: Curso de Formação de Engenheiros

Eletricistas da Petrobras, Rio de Janeiro, 2009.

z Operador Nacional do Sistema Elétrico. Disponível em:

z http://www.ons.org.br/qualidade/indicadores_continuidade_rede_i

n.aspx. Acessado em 30 de Junho de 2009.

z Ludwig, Jurema et al. In: XI SIMPÓSIO DE ESPECIALISTAS EM

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO E EXPANSÃO ELÉTRICA, SP 063, 2009, Belém, Pará. Planejamento Integrado

Transmissão/Distribuição no Novo Contexto do Setor Elétrico. Empresa de Pesquisa Energética, 2009. p. 3.

z ReliaSoft Corporation, BlockSim 7 Training Guide, Tucson, AZ,

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Informa

ç

ões do Apresentador

Patrício Fernandes de Castro Petrobras – E&P/Serv

patriciocastro@petrobras.com.br

(71) 3348 3067

Salvador Simões Filho Petrobras – RH/UP

salvador@petrobras.com.br

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