Eventos em Sistema Elétrico de Potência

1. EVENTOS

Um Sistema Elétrico de Potência quando operando em regime permanente possuí, em teoria, suas grandezas elétricas em valores nominais constantes ou com variações desprezíveis que não influenciem na estabilidade do sistema. Qualquer distúrbio que venha a alterar os níveis de tensão e/ou frequência do sistema é considerado como um evento.

Eventos no Sistema Elétrico de Potência como perda de geração, cortes de carga, chaveamentos, oscilações e ilhamento geram perturbações na tensão, frequência e consequentemente na diferença angular. Essas perturbações se propagam através da rede em do tempo e espaço. Com a utilização de sincrofasores e medidas de frequência é possível detectar e localizar estes eventos em tempo real.

Cada tipo de evento possui diferentes padrões de perturbação na tensão, frequência e diferença angular, e através da análise do comportamento dessas oscilações é possível distinguir e identifica-los, como por exemplo, eventos de pequeno porte como chaveamentos e curtos-circuitos afetam o sistema localmente, ou seja, alterando o módulo da tensão nas barras próximas ao evento, causando um surto na frequência. Já eventos de grande porte, como perda de geração e perda de carga, alteram as condições de operação dos geradores causando um desequilíbrio entre carga e geração afetando várias áreas do SEE, eventos dessa magnitude causam oscilações não só na tensão, mas também na frequência e na defasagem angular.

Para o processo de detecção, identificação, estimação do montante de carga/geração perdido e localização de eventos é necessário saber a diferença no comportamento das variáveis para cada tipo de evento, deste modo será apresentado a seguir o comportamento de cada tipo de evento no Sistema Elétrico de Potência.

1.1. Curtos Circuitos e Chaveamentos

O curto circuito ocorre quando a uma abrupta redução, ou até total, da impedância da linha em determinado ponto da rede em relação à terra ou entre fases, de modo que a rigidez dielétrica do meio seja rompida permitindo a circulação de corrente ocorre um curto circuito.

As faltas podem ser permanentes ou transitórias sendo as primeiras irreversíveis. Após a atuação da proteção, o fornecimento de energia elétrica não poderá ser restabelecido sem que sejam efetuados os devidos reparos na rede defeituosa. Esse tipo de falta pode ocorrer, por exemplo, devido ao rompimento dos condutores.

As faltas transitórias são aquelas que ocorrem sem danos físicos ao sistema de potência. Isto significa que a operação normal da rede elétrica poderá ser restabelecida sem maiores dificuldades após a atuação da proteção, no nosso caso não estamos interessados em ajustar relés, logo o estudo referente à calibração não será apresentada, mas o comportamento da tensão e frequência é de grande interesse neste trabalho.

A Figura 23 e 24 mostra o comportamento da frequência em casos de curtos-circuitos e chaveamentos, durante a ocorrência, o valor abrupto das tensões e correntes é refletido na frequência em forma de saltos. Observa-se que estes eventos afetam diretamente as barras próximas a eles, tendo baixo impacto nos terminais distantes. Deste modo é plausível afirmar que ocorreu um chaveamento próximo ao local onde os PMUs foram afetados ou um curto circuito na região da PMU mais afetada, pois quanto mais próximo do evento maior será o efeito na frequência da PMU. O módulo da tensão decai nas barras afetadas.

Figura 23 - Curto-circuito na LT 500 kV Miracema-Colinas.

Figura 24 - Curtos-circuitos na LT 440 kV Ilha Solteira-Água Vermelha

Geralmente, este tipo de eventos tendem a ocasionar mudanças topológicas na rede, devido à abertura de linhas, fazendo com que outras ocorrências possam aparecer, como perda de geração/carga (Figura 28) e/ou ilhamento devido a abertura de uma linha de interligação.

Figura 25 - Série de curtos-circuitos na LT 230kV Cabreúva- CBA seguidos de rejeição de carga (aproximadamente 480 MW)

1.2. Perda de Carga (PC)

Interrupções de carga ocorrem geralmente devido a indisponibilidade de equipamentos a montante do bloco de carga, na maioria das vezes após mudanças topológicas na rede causadas por chaveamentos e/ou abertura de linhas de transmissão/distribuição devido à atuação de proteção de curtos-circuitos. A figura 29 mostra o comportamento da frequência do sistema em uma

Figura 26 - Frequência do SIN durante a rejeição de carga no Maranhão (937 MW) e na direita o detalhe do início do evento.

Pode-se observar pela figura que no instante do início do evento há saltos na frequência evidenciando assim que a causa da rejeição de carga foi devido a um chaveamento de linha e/ou curtos-circuitos. Este tipo de evento se alastra por todo o SEP interconectado causando sobrefrequência devido ao aumento da velocidade angular na máquina síncrona, causado pelo desbalanço da potência mecânica e elétrica, de acordo com a equação de oscilação da máquina síncrona. Geralmente, as barras próximas ao evento são as primeiras a sofrerem o impacto.

1.3. Perda de Geração (PG)

De modo análogo a rejeição de carga, a perda de geração também afeta todo o SEP tendo efeito primeiramente nas PMUs próximas a usina, informação que pode ser usada na localização do evento. Ao contrário da rejeição de carga, a perda de geração possui efeito contrário causando subfrequência no sistema conforme Figura 30.

Figura 27 - Perda de Geração observada pelo programa MedFasee no dia 30/11/2015.

Tanto a rejeição de carga quanto a perda de geração possui pouca influência nas tensões e na diferença angular observadas pelas PMUs, conforme figuras 31 e 32 abaixo.

Figura 28 - Módulo da Tensão do evento da Figura 5.

Figura 29 - Diferença Angular do evento da Figura 5.

1.4. Mudanças Topológicas na Rede

Mudanças topológicas na rede ocorrem com bastante frequência no SEP, eles são causados por fechamentos e/ou abertura de linhas de