Falta de energia - Power outage

Para outros usos, consulte Corte de energia (desambiguação) .
Este artigo é sobre falhas acidentais de energia. Para aqueles projetados intencionalmente, consulte blecaute rolante .

Luzes de veículos forneceram a única iluminação durante a crise de eletricidade do Equador em 2009

Uma falha de energia (também chamado um powercut , um fora de energia , um corte de energia , uma falha de energia , uma perda de potência , ou um escurecimento ), é a perda da energia eléctrica de alimentação da rede a um utilizador final .

Existem muitas causas para falhas de energia em uma rede elétrica. Exemplos dessas causas incluem falhas em usinas de energia , danos em linhas de transmissão elétrica , subestações ou outras partes do sistema de distribuição , um curto-circuito , falha em cascata , operação de fusível ou disjuntor .

As falhas de energia são particularmente críticas em locais onde o meio ambiente e a segurança pública estão em risco. Instituições como hospitais , estações de tratamento de esgoto e minas geralmente têm fontes de energia de reserva, como geradores de reserva , que ligam automaticamente quando a energia elétrica é perdida. Outros sistemas críticos, como telecomunicações , também precisam ter energia de emergência. A sala de bateria de uma central telefônica geralmente tem conjuntos de baterias de chumbo-ácido para backup e também uma tomada para conectar um gerador durante longos períodos de indisponibilidade.

Tipos de queda de energia

Queda de energia
Falha transitória

As interrupções de energia são categorizadas em três fenômenos diferentes, relacionados à duração e ao efeito da interrupção:

  • Uma falha transitória é uma perda de energia normalmente causada por uma falha em uma linha de alimentação. A energia é restaurada automaticamente assim que a falha for eliminada.
  • Uma queda de energia é uma queda na tensão em uma fonte de alimentação elétrica. O termo brownout vem do escurecimento experimentado pela iluminação quando a tensão cai. Brownouts podem causar mau desempenho do equipamento ou até mesmo operação incorreta.
  • Um apagão é a perda total de energia em uma área e é a forma mais grave de queda de energia que pode ocorrer. Os apagões que resultam ou resultam no desligamento de estações de energia são particularmente difíceis de recuperar rapidamente. As interrupções podem durar de alguns minutos a algumas semanas, dependendo da natureza do blecaute e da configuração da rede elétrica.

Os apagões contínuos ocorrem quando a demanda por eletricidade excede o fornecimento e permitem que alguns clientes recebam energia na tensão necessária às custas de outros clientes que não recebem energia alguma. São uma ocorrência comum em países em desenvolvimento e podem ser agendados com antecedência ou ocorrer sem aviso prévio. Eles também ocorreram em países desenvolvidos, por exemplo, na crise de eletricidade da Califórnia de 2000-2001, quando a desregulamentação do governo desestabilizou o mercado de eletricidade no atacado. Os apagões também são usados ​​como medida de segurança pública, como para evitar que um vazamento de gás pegue fogo (por exemplo, a energia foi cortada em várias cidades em resposta às explosões de gás do Vale Merrimack ) ou para evitar incêndios florestais em torno de linhas de transmissão mal conservadas ( como durante as interrupções de energia em 2019 na Califórnia ).

Protegendo o sistema de energia contra interrupções

Galhos de árvores criando um curto-circuito nas linhas de energia durante uma tempestade. Isso normalmente resulta em uma queda de energia na área fornecida por essas linhas

Em redes de fornecimento de energia , a geração de energia e a carga elétrica (demanda) devem ser muito próximas de iguais a cada segundo para evitar a sobrecarga dos componentes da rede, o que pode danificá-los gravemente. Relés de proteção e fusíveis são usados ​​para detectar automaticamente sobrecargas e desconectar circuitos com risco de danos.

Sob certas condições, o desligamento de um componente de rede pode causar flutuações de corrente em segmentos vizinhos da rede, levando a uma falha em cascata de uma seção maior da rede. Isso pode variar de um edifício a um quarteirão, a uma cidade inteira, a uma rede elétrica inteira .

Os sistemas de energia modernos são projetados para serem resistentes a esse tipo de falha em cascata, mas pode ser inevitável (veja abaixo). Além disso, uma vez que não há benefício econômico de curto prazo na prevenção de falhas raras em grande escala, os pesquisadores expressaram preocupação de que há uma tendência de corroer a resiliência da rede ao longo do tempo, o que só é corrigido após a ocorrência de uma falha grave. Em uma publicação de 2003, Carreras e co-autores afirmaram que reduzir a probabilidade de pequenas interrupções apenas aumenta a probabilidade de interrupções maiores. Nesse caso, o benefício econômico de curto prazo de manter o cliente individual feliz aumenta a probabilidade de apagões em grande escala.

O Comitê de Energia e Recursos Naturais do Senado realizou uma audiência em outubro de 2018 para examinar o " black start ", o processo de restauração da eletricidade após uma perda de energia em todo o sistema. O objetivo da audiência era que o Congresso soubesse quais são os planos de backup no setor de concessionárias de energia elétrica no caso de a rede elétrica ser danificada. Ameaças à rede elétrica incluem ataques cibernéticos, tempestades solares e clima severo, entre outros. Por exemplo, o " Blackout do Nordeste de 2003 " foi causado quando árvores crescidas tocaram linhas de alta tensão. Cerca de 55 milhões de pessoas nos Estados Unidos e Canadá perderam a energia e restaurá-la custou cerca de US $ 6 bilhões.

Protegendo sistemas de computador contra quedas de energia

Os sistemas de computador e outros dispositivos eletrônicos contendo circuitos lógicos são suscetíveis à perda de dados ou danos ao hardware que podem ser causados ​​pela perda repentina de energia. Isso pode incluir equipamentos de rede de dados, projetores de vídeo, sistemas de alarme, bem como computadores. Para proteger os sistemas de computador contra isso, o uso de uma fonte de alimentação ininterrupta ou 'UPS' pode fornecer um fluxo constante de eletricidade se uma fonte de alimentação primária ficar indisponível por um curto período de tempo. Para se proteger contra surtos (eventos em que as tensões aumentam por alguns segundos), que podem danificar o hardware quando a energia é restaurada, um dispositivo especial chamado protetor de surtos que absorve o excesso de tensão pode ser usado.

Restaurando energia após uma interrupção em uma área ampla

Restaurar a energia após uma interrupção em uma área ampla pode ser difícil, pois as estações de energia precisam ser colocadas novamente online. Normalmente, isso é feito com a ajuda da energia do resto da rede. Na ausência total de energia da rede, o chamado black start precisa ser executado para inicializar a rede de energia em operação. Os meios para fazer isso dependerão muito das circunstâncias locais e das políticas operacionais, mas normalmente as concessionárias de transmissão estabelecerão 'ilhas de energia' localizadas que serão progressivamente acopladas. Para manter as frequências de fornecimento dentro dos limites toleráveis ​​durante este processo, a demanda deve ser reconectada no mesmo ritmo que a geração é restaurada, exigindo uma coordenação próxima entre as usinas, as organizações de transmissão e distribuição.

Inevitabilidade do apagão e sustentabilidade elétrica

Comparação da duração das interrupções de energia ( valor SAIDI ), em 2014.

Criticidade auto-organizada

Mais informações: Controle de criticidade auto-organizado

Argumentou-se com base em dados históricos e modelagem de computador que as redes de energia são sistemas críticos auto-organizados . Esses sistemas apresentam distúrbios inevitáveis ​​de todos os tamanhos, até o tamanho de todo o sistema. Esse fenômeno foi atribuído ao aumento constante da demanda / carga, à economia de administrar uma empresa de energia e aos limites da engenharia moderna.

Embora a frequência de blecaute tenha mostrado ser reduzida operando-se mais longe de seu ponto crítico, geralmente não é economicamente viável, fazendo com que os provedores aumentem a carga média ao longo do tempo ou atualizem com menos frequência, resultando na grade movendo-se para mais perto de seu ponto crítico . Por outro lado, um sistema além do ponto crítico experimentará muitos apagões, levando a atualizações de todo o sistema, movendo-o de volta para abaixo do ponto crítico. O termo ponto crítico do sistema é usado aqui no sentido de física estatística e dinâmica não linear, representando o ponto onde um sistema passa por uma transição de fase; neste caso, a transição de uma rede estável e confiável com poucas falhas em cascata para uma rede não confiável muito esporádica com falhas em cascata comuns. Perto do ponto crítico, a relação entre a frequência do blecaute e o tamanho segue uma distribuição de lei de potência .

A falha em cascata se torna muito mais comum perto desse ponto crítico. A relação power-law é vista tanto em dados históricos quanto em sistemas de modelos. A prática de operar esses sistemas muito mais perto de sua capacidade máxima leva a efeitos ampliados de perturbações aleatórias e inevitáveis ​​devido ao envelhecimento, clima, interação humana etc. Enquanto perto do ponto crítico, essas falhas têm um efeito maior sobre os componentes circundantes devido ao indivíduo componentes que transportam uma carga maior. Isso resulta na maior carga do componente com falha tendo que ser redistribuído em grandes quantidades pelo sistema, tornando mais provável a falha de componentes adicionais não diretamente afetados pela perturbação, desencadeando falhas em cascata caras e perigosas. Essas perturbações iniciais que causam apagões são ainda mais inesperadas e inevitáveis ​​devido às ações dos fornecedores de energia para evitar perturbações óbvias (corte de árvores, separação de linhas em áreas ventosas, substituição de componentes envelhecidos, etc.). A complexidade da maioria das redes elétricas geralmente torna a causa inicial de um apagão extremamente difícil de identificar.

Os líderes rejeitam as teorias de sistema que concluem que os apagões são inevitáveis, mas concordam que a operação básica da rede deve ser alterada. O Electric Power Research Institute defende o uso de recursos de rede inteligente , como dispositivos de controle de energia que empregam sensores avançados para coordenar a rede. Outros defendem o maior uso de aceiros de corrente contínua de alta tensão (HVDC) controlados eletronicamente para evitar que distúrbios caiam em cascata nas linhas CA em uma grade de área ampla .

Modelo OPA

Em 2002, pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory (ORNL), do Power System Engineering Research Center da University of Wisconsin (PSerc) e da University of Alaska Fairbanks propuseram um modelo matemático para o comportamento dos sistemas de distribuição elétrica. Esse modelo ficou conhecido como modelo OPA, uma referência aos nomes das instituições dos autores. OPA é um modelo de falha em cascata. Outros modelos de falha em cascata incluem Manchester, falha oculta, CASCADE e Ramificação. O modelo OPA foi quantitativamente comparado com um modelo de redes complexas de uma falha em cascata - modelo Crucitti – Latora – Marchiori (CLM), mostrando que ambos os modelos exibem transições de fase semelhantes no dano médio da rede (redução de carga / demanda em OPA, danos no caminho em CLM), no que diz respeito à capacidade de transmissão.

Mitigação da frequência de queda de energia

Os efeitos de tentar mitigar falhas em cascata perto do ponto crítico de uma forma economicamente viável geralmente não são benéficos e, muitas vezes, até prejudiciais. Quatro métodos de mitigação foram testados usando o modelo de blecaute OPA :

  • Aumente o número crítico de falhas que causam blecautes em cascata - Exibido para diminuir a frequência de blecautes menores, mas aumenta a de blecautes maiores.
  • Aumentar a carga máxima da linha de alimentação individual - Exibido para aumentar a frequência de blecautes menores e diminuir a de blecautes maiores.
  • Combinação de aumento do número crítico e carga máxima de linhas - mostrado como não tendo efeito significativo em nenhum dos tamanhos de blecaute. A pequena redução resultante na frequência dos apagões é projetada para não compensar o custo da implementação.
  • Aumentar o excesso de energia disponível para a grade - mostrado para diminuir a frequência de blecautes menores, mas aumentar a de blecautes maiores.

Além da constatação de que cada estratégia de mitigação tem uma relação custo-benefício no que diz respeito à frequência de apagões pequenos e grandes, o número total de eventos de apagão não foi significativamente reduzido por nenhuma das medidas de mitigação acima mencionadas.

Um modelo complexo baseado em rede para controlar grandes falhas em cascata (apagões) usando apenas informações locais foi proposto por AE Motter.

Em 2015, uma das soluções propostas para reduzir o impacto da queda de energia foi introduzida pela MS Saleh.

Indicadores Chave de Performance

Os utilitários são medidos em três medidas de desempenho específicas:

Veja também

Referências

links externos