EEE934 Variações e Flutuações de Tensão (

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1 Universidade Federal de Minas Gerais Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Área de Concentração: Engenharia de Potência EEE934 Variações e Flutuações de Tensão ( Introdução Prof. Selênio Rocha Silva Departamento de Engenharia Elétrica - UFMG - Agosto de

2 Dados iniciais Prof. Selênio Rocha Silva Professor na UFMG desde 1982 e Professor Titular desde 1995 Departamento de Engenharia Elétrica UFMG Formação: Graduação e Mestrado em Engenharia Elétrica na UFMG, 1980 e 1984; Doutor em Engenharia Elétrica pela UFPb Campina Grande, 1988; selenios@dee.ufmg.br Site: Salas: 2106 (escritório) e 2208 (LCCE-comp) LCCE-exp (Centro de Pesquisas Hidraulicas) 2

3 Programa da Disciplina EEE934 Variações e Flutuações de Tensão Carga Horária: 60 horas-aula; Ementa: A Qualidade da Energia Elétrica e Classificação de Distúrbios. Variações de Tensão de Curta Duração. Flutuações de Tensão. Desequilíbrios de Tensão. Monitoramento e Medição. Compensação de VTCD s e Flutuações de Tensão. Aspectos Econômicos e Normas Nacionais e Internacionais. Objetivos: Coordenar ações para o monitoramento, determinação, manutenção e aprimoramento da qualidade da energia em sistemas elétricos industriais, residenciais e de potência; Projetar soluções para garantir a qualidade de energia elétrica em instalações fornecedoras e consumidoras de energia elétrica; O desenvolvimento de modelos matemáticos que incorporem fenômenos físicos não-triviais associados ao desempenho de equipamentos frente a VTCD s; Desenvolvimento e uso de ferramentas computacionais para compreensão necessária das relações entre grandezas significativas do processo de transmissão e distribuição de energia elétrica e as cargas consumidoras..

4 Programa da Disciplina EEE934 Variações e Flutuações de Tensão Metodologia de Ensino: Aulas expositivas em sala de aula; Trabalhos aplicados extra-classe; Seminários proferidos pelos alunos; Estudos dirigidos e listas de exercícios. Critérios de Avaliação: Listas de Exercícios e Estudos Dirigidos :15% Projetos: 2 x 15% Seminários: 10% Trabalhos de Aplicação: 15% Provas: 2 x 15% Total: 100%

5 Programa da Disciplina EEE934 Variações e Flutuações de Tensão Introdução aos Problemas da Qualidade da Energia Definições e termos usuais Distúrbios em sistemas elétricos Conceitos introdutórios sobre sistemas elétricos Variações de tensão Definições Interrupções e indicadores de continuidade Medições de tensão Cálculo de Faltas Simétricas e Assimétricas Cálculo de variações de tensão Filosofia de proteção e aterramento Partida de motores e energização de trafos Desempenho de equipamentos e processos Avaliação estocástica dos AMT s Mitigação e impactos economicos de VTCD s. Desequilíbrios de Tensão Causas e conseqüências Indicadores e caracterização do distúrbio Impactos em equipamentos e processos Mitigação e estudos de casos. Flutuações de Tensão Causas e conseqüências Cintilação luminosa e características de lâmpadas. Algoritmo flickermeter e a normalização Estimação de Pst e ferramentas Mitigação do fenômeno e suas implicações. Paradigmas da Problemas de Qualidade de Energia Um novo cenário para a distribuição de energia elétrica Responsabilidades dos agentes e a construção de um novo pacto social

6 Programa da Disciplina EEE934 Variações e Flutuações de Tensão 1. R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, Surya Santoso & H.W. Beaty, Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill, 2nd Edition, M.H.J. Bollen, Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions, IEEE Press, 2000 Referências Adicionais 1. Artigos técnicos das revistas: IEEE Trans. on Industry Applications; IEEE Trans. on Energy Conversion, IEEE Industry Applications Magazine, IEEE Trans. on Power Delivery; IEEE Trans. on Power Systems, Eletricidade Moderna e IEE Proceedings; 2. Anais de Congressos Internacionais e Nacionais na área; 3. Normas nacionais e internacionais: Procedimentos de Rede/ANEEL, IEC, IEEE, NRS, etc.

7 O que é Qualidade da Energia Elétrica? Qualidade de energia elétrica é uma característica de um sistema elétrico que se apresenta isento ou com número restrito de distúrbios manifestados através de desvios de tensão, em sua forma de onda, amplitude, freqüência ou fase angular, que poderiam ocasionar em falha ou operação inadequada de um equipamento consumidor Um sistema elétrico com excelente qualidade da energia elétrica é caracterizado pelo fornecimento de energia em tensão com forma de onda senoidal pura, sem alterações em amplitude, freqüência ou fase, como se emanasse de uma fonte de potência infinita Qualidade da Energia = Qualidade de Tensão

8 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Os equipamentos dos consumidores estão mais sensíveis às variações nos parâmetros da rede elétrica; Ênfase no aumento da eficiência conduziu ao uso intensivo da eletrônica de potência e de capacitores para correção de fator de potência e filtragem; Maior conscientização dos consumidores quanto a problemas gerados pela rede elétrica; Integração de processos conduz a maior importância do perfeito funcionamento de cada componente; O estabelecimento de normalização nacional e internacional no tema tem conduzido à uma mudança de postura de diversas empresas e a definição de responsabilidades, penalizações e processos jurídicos.

9 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica O que a qualidade de energia inadequada pode causar? Falhas intermitentes em equipamentos de computação; Falhas permanentes em equipamentos de computação; Interferência em equipamentos de comunicação de dados; Mal funcionamento em controladores de processos; Redução na vida útil de capacitores, transformadores e demais equipamentos dos sistemas elétricos; Inadequação de motores elétricos em operação e na partida; Sobrecarga em cabos, chaves, transformadores, etc. Imprecisão nas medições de energia; Operação inadequada de geradores de emergência; Risco de choque elétrico fatal.

10 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Continuidade + Conformidade; Compatibilidade entre equipamentos e sistema elétrico: Equipamento é gerador de distúrbio ou é sensível a distúrbio presente na rede elétrica; Responsabilidade de todos os agentes.

11 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Compatibilidade Eletromagnética entre Sistema e Equipamentos

12 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Classificação de distúrbios: (Referências: IEEE e PROREDE) Distúrbios transientes: Distúrbios impulsivos: (descargas atmosféricas) 1. Nanosegundos: 5ns (subida) e duração < 50ns 2. Microsegundos: 1 s (subida) e 50ns < duração < 1ms 3. Milisegundos: 0,1ms (subida) e duração > 1ms Distúrbios oscilatórios: (chaveamento de bancos de capacitores) 1. Baixa freqüência: < 5kHz; duração 0,3 a 50ms; nível: 0-4 pu 2. Média freqüência: 5-500kHz; duração 20 s ; nível: 0-8 pu 3. Alta freqüência: 0,5-5MHz; duração 5 s ; nível: 0-4 pu

13 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Classificação de distúrbios: Variações de tensão de curta-duração: (faltas, partidas de motores, energizações, etc.) Momentâneos: duração 1 ciclo 3 segundos 1. Interrupções: amplitude < 0,1 pu 2. Afundamentos: 0,1 pu < amplitude < 0,9 pu 3. Elevações: 1,1 pu < amplitude < 1,4 pu Temporários: duração 3 segundos 1 minuto 1. Interrupções: amplitude < 0,1 pu 2. Afundamentos: 0,8 pu < amplitude < 0,9 pu 3. Elevações: 1,1 pu < amplitude < 1,2 pu

14 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Classificação de distúrbios: Variações de tensão de longa-duração: > 1min (variações de carregamento de circuitos) Interrupção sustentada: amplitude = 0,0 pu Subtensões: 0,8 pu < amplitude < 0,9 pu Sobretensões: 1,1 pu < amplitude < 1,2 pu Desequilíbrios de tensão: (desequilíbrios de cargas entre fases) 0,5 2 % (regime permanente) Flutuações de tensão: (fornos a arco) espectro típico< 25Hz; intermitente; 0,1 < amplitude < 7%; 0,2 < Pst < 2;

15 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica Classificação de distúrbios: Distorções de forma de onda: (cargas eletrônicas: conversores estáticos de potência) Nível CC: amplitude < 0,1% Harmônicos: a ordem; amplitude 0-20% inter-harmônicos: até 6 khz (ordem não-inteira); amplitude 0-2% Notching (corte de tensão) Ruído: ampla faixa; amplitude < 1% Interferências (efeitos oriundos de fontes externas ao sistema em questão); Variações de freqüência: (desequilíbrios entre nível de geração e nível de demanda) duração < 10 s;

16 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica

17 Conceituação da Qualidade de Energia Elétrica

18 O Setor Elétrico de sua Regulamentação e Documentos Técnicos Agentes: Órgão regulamentador e fiscalizador: Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, autarquia em regime especial, vinculada ao Ministério de Minas e Energia - MME, foi criada pela Lei de 26 de Dezembro de Tem como atribuições: regular e fiscalizar a geração, a transmissão, a distribuição e a comercialização da energia elétrica Órgão operador do sistema: ONS Concessionárias Consumidores Fabricantes de equipamentos Sociedade civil

19 O Setor Elétrico de sua Regulamentação e Documentos Técnicos Agentes: Órgão regulamentador e fiscalizador: ANEEL Órgão operador do sistema: O Operador Nacional do Sistema Elétrico é uma entidade de direito privado, sem fins lucrativos, criada em 26 de agosto de 1998; Responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN); Concessionárias Consumidores Fabricantes de equipamentos Sociedade civil

20 O Setor Elétrico de sua Regulamentação e Documentos Técnicos Regulamentações: Normas Técnicas: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e IEC (International Electrotechnical Comission); Guias e Recomendações: associações de classe ou institutos, por exemplo IEEE; Resoluções Normativas: ANEEL Procedimentos ou Códigos de Rede: São documentos de caráter normativo elaborados por equipe, com participação dos agentes, e aprovados pela ANEEL, que definem os procedimentos e os requisitos necessários à operação dos sistemas elétricos de transmissão e distribuição de energia elétrica.

21 Regulamentações: Normas ABNT: em processo de tradução/adaptação; Procedimentos de Rede: PROREDE Versão decorrente da Audiência Pública nº 049/2008, submetida para aprovação em caráter definitivo pela ANEEL Versão 1: aprovada na ANEEL em 17/06/2009; Aprovada em 05/08/2009: Resolução Normativa nº 372/09 Consta de 25 módulos, sendo que os sub-módulos 2.8 e 3.6, estão diretamente voltados a questão da PQ; Procedimentos de Distribuição: PRODIST O Setor Elétrico de sua Regulamentação e Documentos Técnicos Resolução Normativa nº 469/2011 de 16/12/2008 (publicada em 01/02/12 Módulo 8: exclusivo sobre PQ

22 Regulamentações: Procedimentos de Rede: PROREDE O Setor Elétrico de sua Regulamentação e Documentos Técnicos São documentos de caráter normativo elaborados pelo ONS, com participação dos agentes, e aprovados pela ANEEL, que definem os procedimentos e os requisitos necessários à realização das atividades de planejamento da operação eletroenergética, administração da transmissão, programação e operação em tempo real no âmbito do SIN. Tarefa de voces: baixarem estes documentos na internet!!!!