UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS CURITIBA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA/ELETROTÉCNICA

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS CURITIBA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA/ELETROTÉCNICA ARIEL MOSCHEN CORREA PEIXOTO CARLOS ALBERTO PINTO SILVA JUNIOR LUKAS EDUARDO BASCHTA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO APLICADO A CONEXÃO DE MICRO E MINI GERADORES EÓLICOS NO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CURITIBA 2012

2 ARIEL MOSCHEN CORREA PEIXOTO CARLOS ALBERTO PINTO SILVA JUNIOR LUKAS EDUARDO BASCHTA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO APLICADO A CONEXÃO DE MICRO E MINI GERADORES EÓLICOS NO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação, apresentado à disciplina de Metodologia Aplicada ao TCC, do curso de Engenharia Industrial Elétrica ênfase em Eletrotécnica do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Eloi Rufato Junior, MSc Eng. CURITIBA 2012

3 SUMÁRIO 1.1. TEMA Delimitação do tema PROBLEMAS E PREMISSAS OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos JUSTIFICATIVA PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ESTRUTURA DO TRABALHO Capitulo Capitulo Capitulo CRONOGRAMA... 8 REFERÊNCIAS... 9

4 4 INTRODUÇÃO 1.1. TEMA Delimitação do tema Com o crescimento atual do País, economicamente e tecnologicamente, a demanda de energia tem sido a grande questão levantada, em virtude de uma possível continuação desse crescimento acelerado. Muitas propostas para uma possível solução a esse tipo de problema já foram feitas. Algumas formas de geração de energia elétrica, como a eólica, são idéias razoáveis a solucioná-las e mostram-se com grande futuro. A previsão é que a participação da energia eólica na matriz energética brasileira acompanhe a tendência global de crescimento contínuo. Nesse contexto, deve-se levar em consideração o constante melhoramento e ampliação dos sistemas de proteção desse tipo de geração. Um caso é a proteção do sistema contra o ilhamento a possibilidade de que partes das cargas do sistema elétrico permaneçam conectadas aos geradores distribuídos quando da ocorrência de contingências no sistema da concessionária. O ilhamento não é permitido no Brasil, bem como na maioria das concessionárias de energia em diversos países do mundo. No meio acadêmico, existe um estudo realizado em 2011 que efetuou a avaliação do desempenho dos relés de proteção anti-ilhamento em um sistema com geração distribuída, cujo divulga o seu respectivo desempenho. Levando em conta a especificidade de muitos sistemas, principalmente os mais novos, como geração eólica e solar, se faz necessária a efetuação de uma nova pesquisa, com dados mais específicos, para mantê-los atualizados. Entre as diferentes formas de proteção de um sistema elétrico de potência, existem os relés que atuam como chaves eletromecânicas acionadas através de parâmetros elétricos como tensão ou corrente. Os relés atuam de acordo com algumas funções, entre elas: taxa de variação de frequência conhecido como 81- R(rate of frequency) e deslocamento de fase ( 78 ).

5 PROBLEMAS E PREMISSAS De acordo com pesquisas realizadas, o ilhamento de geradores pode apresentar problemas quando ocorre o religamento dos circuitos ou o fechamento fora de sincronismo, situações estas que podem apresentar riscos às equipes de manutenção, danificações elétricas e mecânicas no maquinário e, também, aos consumidores em geral. Desta forma, este trabalho destina-se a responder a seguinte questão: Com a utilização das proteções de deslocamento de fase e taxa de frequência é possível fazer a correta detecção da situação de ilhamento e de curto circuito no sistema com geração eólica em estudo? 1.3. OBJETIVOS Objetivo Geral Verificar o desempenho da utilização dos reles de deslocamento de fase e de taxa de variação de frequência para detecção de ilhamento e curto circuito no sistema de geração eólica Objetivos Específicos Realizar o levantamento bibliográfico de literaturas base e normas vigentes para proteção de geração distribuída; Estudar o funcionamento dos relés de proteção anti-ilhamento e verificar sua utilização; Estudar o funcionamento de geradores monofásicos e trifásicos e sua utilização para geração eólica; Realizar o levantamento de dados de campo; Analisar dados obtidos; Desenvolver simulações propostas no software de apoio (Matlab); Exibir a situação atual e efetuar um comparativo com a situação proposta; Elaborar considerações finais.

6 JUSTIFICATIVA Com o avanço dos estudos e aplicações de geração de energia eólica como uma alternativa viável, torna-se necessário um estudo com relação a sistemas de proteção que sejam compatíveis com a complexidade desse tipo de geração. Desta forma, há a necessidade de análise do comportamento da proteção em diversas situações do sistema, tais como a desconexão dos geradores em caso de faltas na rede e detecção da condição de ilhamento do gerador com a carga. A motivação principal para a elaboração deste trabalho é o aprofundamento de conhecimentos nas áreas de proteção de sistemas, sistemas de potência e geração de energia PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Para verificar o desempenho nas seguintes situações propostas, pretende-se, primeiramente, exibir uma simples analogia com o estudo de 2011, dos alunos Rafaele Dalazuana Nicolotti, Ricardo Michael Coutinho da Silva e Thyago de Moura Jorge, cujo possui o tema referente a geração distribuída e expor algumas diferenças específicas para um sistema com geração eólica. Desta forma, poderá ser feito o levantamento de dados tanto do sistema elétrico de potência, tanto do modelo de relé que compõe o estudo em questão, quanto das demais características que envolvem os sistema elétrico de potência que envolve o estudo. Para se ter uma análise mais qualitativa, utilizar-se-á o resultado da primeira etapa para o desenvolvimento do tema, a familiarização da equipe com o software de apoio, e a criação dos modelos de relés e geradores equivalentes para serem utilizados na simulação. Por fim, após a realização das simulações e análise dos valores obtidos pretende-se avaliar os relés de taxa de variação de frequência e deslocamento de fase segundo os problemas simulados, e comparação com as normas vigentes para um sistema de geração eólica. Assim, a eficácia no emprego desses relés em um sistema com geração eólica será questionada, apresentando as dificuldades encontradas pra sua utilização.

7 ESTRUTURA DO TRABALHO Capitulo 1 Elaborado durante a disciplina de metodologia aplicada ao TCC, tal capítulo consiste em realizar a estruturação e constituição dos elementos pré-textuais do trabalho em questão. Serão abordados os itens de introdução, problemas e premissas de pesquisa, objetivo geral e objetivos específicos, justificativa para a realização do trabalho, detalhamento da metodologia para alcançar o objetivo exposto e ainda, efetuar o planejamento temporal das atividades com a elaboração de um cronograma. Nessa etapa do trabalho, como literatura base, será utilizado o trabalho de conclusão de curso referente a avaliação dos relés de proteção antiilhamento em um sistema com geração distribuída, elaborado em 2011 pelos exalunos da UTFPR Rafaele Dalazuana Nicolotti, Ricardo Michael Coutinho da Silva e Thyago de Moura Jorge Capitulo 2 A ser desenvolvido durante a disciplina de TCC 1, será realizada a pesquisa bibliográfica dos assuntos pertinentes ao conhecimento dos elaboradores do trabalho, bem como os eventuais leitores; e também a divulgação destas no trabalho proposto. Juntamente com o desenvolvimento da fundamentação teórica, pretende-se realizar a elaboração de uma lista de dados para possibilitar a avaliação da amostra segundo simulações propostas Capitulo 3 Com desenvolvimento programado para a disciplina de TCC 2, será finalizada a etapa de simulações e haverá a manipulação dos dados obtidos. Com as estatísticas definidas, os comparativos eos referidos desempenhos serão efetuados as conclusões apontadas. Após toda a etapa de apresentação do estudo a banca avaliadora e posteriores revisões, o trabalho será fornecido aos órgãos públicos responsáveis e ao meio acadêmico.

8 CRONOGRAMA Descrição Análise completa do estudo e ajustes da proposta Realizar o levantamento de bibliográfias e normas vigentes Levantamento de possíveis locais para coleta de dados Elaboração de um roteiro para coleta de dados Realizar a coleta de dados de campo Análise dos dados obtidos Realizar as simulações propostas Fazer as comparações e resultados finais Efetuar correções e divulgar o trabalho Cronograma - Trabalho de conclusão de curso 1o Tri o Tri o Tri o Tri o Tri o Tri 2013

9 9 REFERÊNCIAS EWEA. Global Wind Report, World Wind Energy Association ument/offshore_statistics/gwec_global_wind_report_2010extract.pdf (acesso em 01 de maio de 2012). Nicolotti, Rafaele Dalazuana, Ricardo Michael Coutinho Da Silva, e Thyago de Moura Jorge. Avaliação do Desempenho dos Relés de Proteção. Curitiba, Patsko, Luis Fernando. Tutorial Controle de Relés _eletronica_-_rele.pdf (acesso em 02 de maio de 2012). Lino, Marco Aurélio Batista. Proteção da interconexão de um gerador distribuído com o sistema de distribuição de energia elétrica (acesso em 30 de abril de 2012).