Disponibilidade da Energia Eléctrica. All content in this presentation is protected 2008 American Power Conversion Corporation

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1 Disponibilidade da Energia Eléctrica All content in this presentation is protected 2008 American Power Conversion Corporation

2 Agenda 1. Apresentação APC by Schneider Electric 2. Qualidade da Energia 3. Case Study Indústria Automóvel 4. Case Study Indústria dos plásticos 5. Fim

3 APC by Schneider Electric Industry leading offer Dynamic market The Efficient Enterprise Maria de Lurdes Carvalho Directora Geral APC Portugal

4 Um Mundo onde todos Nossa Visão possamos conseguir mais usando menos do nosso planeta comum Nossa Missão Ajudar as pessoas a fazer o máximo da sua energia

5 Uma herança de liderança, experiência e inovação APC foi adquirida pela Schneider Electric em 2007 MGE UPS Systems, uma divisão da Schneider Electric, integra-se com a APC Juntos APC-MGE representam agora a unidade de negócios IT Business da Schneider Electric 25 anos de liderança e inovação Fabricante líder de UPS s A nível mundial Américas UPS s monofásicas Fabricante preferido pelo segmento TI 40 anos de experiência em tecnologias UPS Fabricante líder de UPS s EMEA Serviços UPS s trifásicas Fabricante preferido pelo segmento eléctrico

6 IT Business Unit R&D e produção localizados no centro dos mercados Escritórios de Vendas, Marketing e Serviços Fábricas/ Centros de Distribuição Design Center

7 Resultados 2008 APC by Scneider Electric Schneider Electric $3.6b facturação $24b facturação 32% novas economias 32% novas economias 12,000 pessoas 114,000 pessoas Presença em 100+ países Presença em 100+ países

8 Um portfólio único A mais vasta oferta de soluções da indústria Enterprise Systems & Services Home & Business Networks Data Center Solutions, Services & Software UPS trifásicas UPS monofásicas Sistemas de arrefecimento Supressores de pico Rack s Estabilizadores de Distribuição de potência tensão Serviços de manutenção Soluções de Aúdio/Vídeo Desenho de Datacenter Auditorias Datacenter InfraStruXure architecture Software de gestão mudança e capacidade Gestão da potência

9 Desde o Rack, à fila, à sala, ao edifício Rack-row-room-building Our products Our partners Integrando, Gestão, Segurança e Serviços

10 Resolver as questões das Infraestruturas Críticas colaborando IT partners Colaboração no desenvolvimento de soluções Key industry groups Desenvolvimento de standards da indústria Regulators Recomendando em standards emergentes, ambientais e de segurança

11 Pirâmide Organizacional Highly Available Network People Staffing Training Process Standardization Simplicity Documentation Technology Data Processing Communications Data Storage Power Network-Critical Physical Infrastructure Cooling Racks & Physical Structure Security & Fire Protection Cabling Management Systems Service A Fundação para a Continuidade do Negócio

12 Desafios / Imperativos Exemplo: Custos de uma Infraestrutura Crítica Bastidores: 3% Electricidade: 27% Serviços: 13% Espaço: 17% Equip. Refriger.: 6% Equipamento de Energia: 17% Engenharia e Instalação: 19%

13 Porque confiam em nós os nossos clientes Reputação legendary reliability Intalações e serviços friendly Crescemos com os clientes Uptime! longevidade Líder mundial na protecção da alimentação Software para gestão e monitorização da capacidade, planeamento e configuração Fornecedor único de soluções para infraestuturas A mais vasta rede de serviço e suporte Capacidades de gerir energia remotamente Líder ambiental ISO 14001, ISO 9001, WEE, RoHs Profundo conhecimento na nossa indústria Líder em eficiência na indústria

14 Make the most of your energy

16 Conceitos Qualidade de Energia A qualidade da energia depende da : Disponibilidade Fiabilidade Do Sistema

17 Conceitos Qualidade de Energia Fiabilidade é a capacidade que um sistema ou componente tem de executar as suas funções sob determinadas condições e durante um certo período de tempo [IEEE 90]. A Disponibilidade, por seu turno, é o grau a que um sistema ou componente está operacional e acessível, quando é necessária a sua utilização [IEEE 90].

18 Conceitos Qualidade de Energia Fiabilidade = e Tempo MTBF Disponibilidade = MTBF ( MTBF + MTTR)

19 Curva da banheira que mostra as taxas de avaria constantes Qualidade de Energia Período de avaria precoce Período de vida normal Período de desgaste Taxa de avaria 0 Zona de taxa constante de avaria Fonte WP APC aplicação técnica Nº 78 Tempo

20 Apesar de todos os cálculos necessários Qualidade de Energia U = R eq. I b Kd = 1 Kp* Ke* Ka N = φ n* φ u I cc = max 400 3xZ eq U U % = x100 = 400 0,16% R Q l = ρ S I min cc 0,95xUn = 20 1,5 x( R + R fase 20 neutro ) xl KI = a* b h*( a + b) I cc max = = = 10449, 77A 3xZ 3x0,0221 eq

21 Temos em conta a interacção dos vários componentes do sistema? Qualidade de Energia

22 Definir Disponibilidade Qualidade de Energia Grau % Paragem Anual Comercial 99.5% 43.8 horas Alta Disponibilidade 99.9% 8.8 horas Resistente a falha 99.99% 53 minutos Tolerante a falha % 5 minutos Operação Contínua 100% 0 minutos Fonte: Gartner Group

23 Gestão integrada Qualidade de Energia Internet Servidor ou Workstation RedeTCP/IP Rede Local Utilizador ISX Central Switch Rede interna Monitorização Remota UPS Dist. Eléctrica XX XX ATS XX EMU XX Netbotz XX PDU XX HVAC XX ATS Gerador XX XX

24 Redundância N+1 Qualidade de Energia Rede AC normal Rede AC bypass Unidade 1 P Unidade 2 P Carga (potência P) Fig. : redundância ,999%

25 Redundância 2N Qualidade de Energia Março 2009

26 Disponibilidade Qualidade de Energia E nas nas instalações?? Qual será a disponibilidade??

27 Origem das avarias nas instalações Qualidade de Energia Avarias de Equipamento 15% Alimentação Eléctrica 45% Erro Humano 20% Disparos Intempestivos 20 %

28 Origem das perturbações Qualidade de Energia Sistema de Distribuição Fenómenos atmosféricos Descargas estáticas Temperaturas muito baixas Falhas acidentais Corte de cabos Falha dos componentes do sistema (transformadores, sistemas de protecção, isoladores, ) Operação Micro Cortes, variação de tensão Transitórios

29 Origem das perturbações Qualidade de Energia Equipamentos Motores e transformadores Fornos Equipamento médico (Imagiologia, Reanimação, etc.) Elevadores e monta-cargas Chillers, torres de arrefecimento, etc. Baterias de condensadores Rectificadores/Carregadores Variadores de velocidade Fontes comutadas Equipamentos diversos (soldadura, corte, etc.)

30 Efeitos das perturbações Qualidade de Energia Variações de amplitude Efeito Flicker Quebras de tensão Falhas de aplicações Cavas Interrupções nos processos, perda de dados informáticos, perigo para a vida humana (aplicações médicas, sistemas de protecção contra incêndios, etc.) Sobre tensões devidas a trovoadas Subidas de temperatura, envelhecimento prematuro dos equipamentos, destruição dos isolamentos e destruição dos componentes Outubro /2009

31 Efeitos das perturbações Qualidade de Energia Variações de frequência Envelhecimento dos motores e transformadores Imprecisão dos dados sequenciais tipo (processos, etc) Harmónicos Aumento e distorção da corrente rms, exigindo sobredimensionamento dos componentes na instalação Avarias, desgaste prematuro dos equipamentos lineares de cargas (motores, transformadores, etc.) Outubro /2009

32 Efeitos das perturbações Qualidade de Energia Transitórios Envelhecimento das fontes comutadas Avaria de equipamentos Interferências nas comunicações

33 Efeitos das perturbações Qualidade de Energia Transitórios Harmónicos Variações de tensão (Cavas e sobre tensões) Variações de frequência Micro-cortes (t < 20 ms) Corte (Curto : 20 to 300 ms) (longo : > 300 ms) Onda perfeita

34 Compatibilidade Electromagnética - CEM Qualidade de Energia CEM-Imunidade O equipamento deve funcionar sem perturbações externas; CEM-Emissão Não deve perturbar outros equipamentos, no que respeita a perturbações electromagnéticas conduzidas pelos cabos ou radiadas. Margem de Imunidade Margem de emissão Limite de Imunidade Nível de CEM Limite de emissão Outubro /2009

35 Harmónicos Qualidade de Energia Alguns elementos perturbadores Tipo de instalação Comprimento de cabos Impedância interna das fontes Cargas deformantes (não lineares) Outubro /2009

36 Harmónicos Qualidade de Energia Causa (cargas) / Consequência (fonte) =>THDI/THDU Degradação da Tensão da rede causada por uma carga não linear Fonte de tensão Outras Cargas Gerador de Harmónicos Outubro /2009

37 ANÁLISE Qualidade de Energia Auditoria à instalação eléctrica: THDI e THDU nos vários pontos da instalação. Factor de crista e elevados K Verificar se o dimensionamento e selectividade da instalação. Verificar se as baterias de condensadores estão preparadas para ambientes harmónicos. Quantificar e qualificar a presença de transitórios Controlar o potencial eléctrico das terras de serviço e protecção Outubro /2009

38 Equacionar as soluções Qualidade de Energia Os harmónicos da instalação A reactiva solicitada ao fornecedor As falhas de energia Cavas e transitórios Outubro /2009

39 Soluções possíveis Qualidade de Energia Aplicação de Sistema de Alimentação Ininterrupta com autonomia reduzida Filtragem harmónica global ou parcial Aplicação de baterias de condensadores (solução condicionada pela aplicação de filtragem harmónica) Aplicação de gerador ( solução complementar) Optimizar os equipamentos existentes no que respeita a filtros e tipos de arrancador. Outubro /2009

40 Soluções possíveis Qualidade de Energia Aplicação de UPS Como não poluir Maior investimento face à filtragem de harmónicos Prescinde de bateria de condensadores para montante* Torna a instalação imune a falhas e cavas de tensão Garantia de THDU < 2 % *Quando a UPS alimenta o QGBT Outubro /2009

41 Aplicação de Sistemas de Alimentação ininterrupta Uma UPS também funciona como um filtro THDI THDI

42 Soluções possíveis Como despoluir Qualidade de Energia Aplicação de filtros activos SW Harmónicos Elimina a corrente harmónica gerada pelas cargas 2 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1, ,5 1 = -0,5 0, , ,5 0, ,5-2 I. Limpa I. Filtro I. Carga THDI Outubro /2009

43 Soluções possíveis Qualidade de Energia

44 Outras soluções para: Qualidade de Energia atenuar a THDI e THDU. Rede de Alimentação 1 Sobredimensionamento de fontes, cabos Não elimina os harmónicos. h3 h9 D yn 2 d D 3 h5, h7 y p1 = p2 D Y y y 4 p1 = p2 L 5 L 6 Selfs anti - har. Transformadores com diferentes acoplamentos 2 Redução de h3 e múltiplos. 3 4 e Atenuação de h5 e h7 (hexafásicos). 6 Atenuação do THD(i). Outubro /2009

45 Agenda 1. Apresentação APC by Schneider 2. Qualidade da Energia 3. Case Study Indústria Automóvel 4. Case Study Indústria dos plásticos 5. Fim Schneider Electric

46 Case Study Huf Problemas Existentes na Instalação Interrupção do fornecimento de Energia Eléctrica Micro-cortes de Tensão Elevados níveis de tensão durante o fim-de-semana Disparos de quadros eléctricos Avarias de equipamentos Elevado conteúdo harmónico nas correntes e tensões Subtensão ( Cava de Tensão ) e Sobretensão Momentânea Flutuação da tensão ( Flicker )

47 Case Study Huf Efeitos Avaria dos equipamentos utilizados e redução do seu tempo de vida útil Interrupção ou Deterioração de processos produtivos Re-arranque e set-up de processos Perdas de tempo de produção Impactos negativos sobre o meio ambiente Poluição da Rede eléctrica Consequências Aumento dos custos com energia Custo de manutenção dos equipamentos Custo de salários durante o período não-produtivo Custo de mão-obra (horas extras) Custos de transportes especiais

48 Case Study Huf Monitorização das Perturbações na Instalação Caracterização das Perturbações na HUF Portuguesa, ano 2006 Nú mero d e Pertu rb a çõ e s < 1s 1 a 30s 30s a 1m 1 a 5m > 5m Duração

49 Case Study Huf Questionar para DECIDIR Qual ou quais as tecnologias reparadoras a implementar? Que retorno de investimento teremos usufruindo de uma boa Qualidade de Energia Eléctrica? Que prioridade dar à implementação de sistemas de monitorização da qualidade de energia e da onda de tensão?

50 Case Study Huf Solução Implementada Configuração UPS 500 kva 4min 2 UPS Galaxy 6000 / GALAXY MODULAR 500 kva tri/tri Rendimento de 95% mesmo com baixa carga, mantém-se praticamente constante de 25 a 100% de carga Topologia on-line dupla conversão: regeneração permanente da tensão e da frequência THDU a jusante 3% F/N com 100% de carga não-linear THDI inferior a 4% independente do nivel de carga garantido pelo THM Variação da tensão de saída < 2% sobre impacto de carga de 100% Instalação em paralelo até 6 unidades de redundância ou aumento de potência Pode ser sincronizada com qualquer outra fonte de energia (grupo electrogéneo, UPS, transformador)

51 Case Study Huf Solução Implementada UPS 1 UPS 2

52 Case Study Huf Diagrama da Alimentação e Distribuição de Energia Planta Produtiva Serviços Auxiliares UPS kva Q.G.UPS UPS kva Q.G.B.T.1 Q.G.B.T.2 Q.G.B.T.3 400/230V 630 kva 15000V 400/230V 400/230V 630 kva 630 kva TR.1 TR.2 TR V 15000V

53 Case Study Huf Auditoria de Qualidade de Energia vs Resultados Obtidos PT/QGBT 1 Antes Depois Distorção harmónica global da tensão THDV(R) 5% 1,94% Distorção harmónica global das intensidades de corrente THDI(R) 16% 3.05% Balanço de tensões 0,2% 0,2% Factor de potência 0,98 0,99 Factor K > 2,0 1,21 PT/QGBT 2 Distorção harmónica global da tensão THDV(R) > 5% 1,95% Distorção harmónica global das intensidades de corrente THDI(R) > 30% 2,73% Balanço de tensões 0,2% 0,2% Factor de potência 0,98 0,98 Factor K > 4,8 1,13

54 Case Study Huf Resultados Finais Qualidade da Forma de Onda de Tensão Rede de Energia Eléctrica Cargas da Instalação Eliminação de Micro-cortes Eliminação de Interrupções curtas (< 5m) Possibilidade de extensão vs sacrifício Eliminação das Cavas de tensão Eliminação da Variação dos níveis de Tensão (fim-de-semana) Eliminação de Flicker

55 Case Study Huf Resultados Finais

57 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Apresentação Empresa portuguesa, produtora de sistemas de tubagens para água em PVC, PP (Polipropileno), PE (Polietileno) e PVC.C. Dispõe de um sistema de produção constituído por duas unidades produtivas (extrusão e injecção), onde são processados anualmente toneladas de matéria-prima. A unidade produtiva de extrusão é alimentada em parte por um posto de transformação de 1200 kva. O consumo efectivo ronda os 850 kva. Dezembro Março

58 Aplicações práticas Indústria de Plásticos A detecção das falhas Apesar da evidente folga em potência, as protecções actuavam sem razão aparente. Foi efectuada uma auditoria energética à instalação onde foram detectadas taxas de distorção em tensão (THDU) da ordem dos 15 %. As baterias de condensadores para compensação de potência reactiva não funcionavam mais do que 24 horas em continuo, após o que acabavam por avariar devido ao elevado teor harmónico da instalação. O factor de potência desta instalação é bastante baixo (0,6), o que provoca nesta situação elevados custos na facturação de energia reactiva. Dezembro Março

59 Aplicações práticas Indústria de Plásticos A detecção das falhas Os automatismos associados às linhas de produção tinham falhas frequentes de medida e funcionamento provocado pela componente harmónica da tensão que os alimentava. Em caso de falha de energia ou cavas de tensão, o reiniciar dos autómatos e PC s, assim como as variações de velocidade não controladas dos tubos obrigava a parar as linhas, limpar as cabeças de injecção, perdendo horas de produção e sem qualquer garantia que após restabelecido o funcionamento não voltasse a acontecer. Mesmo sem falhas externas, a simultaneidade aleatória de algumas cargas que eram alimentadas directamente por este PT, transformavam-se em paragens de produção, davam origem ao disparo das protecções gerais do referido PT. Dezembro Março

60 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no QGBT do PT2 sem UPS Dezembro Março

61 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no Q.G.B.T do PT2 sem UPS Voltage Volts 3Ø msec Current Amps msec Dezembro Março

62 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Soluções propostas Filtragem harmónica Em função dos valores medidos a correcção deverá ser efectuada por filtros activos de harmónicas de 120 A e 180 A, a aplicar respectivamente em cada extrusora. Esta filtragem será indispensável para que seja possível o funcionamento das baterias de compensação reactiva já existentes. Dezembro Março

63 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Soluções propostas Aplicação de UPS Em função dos valores medidos a UPS deveria ser de 1200 kva com uma autonomia mínima (3 minutos) Inclui filtragem activa de harmónicos e rectificação de factor de potência. Dezembro Março

64 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no QGBT do PT2 após instalação do sistema UPS Dezembro Março

65 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no barramento de saída da UPS Dezembro Março

66 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no Q.G.Saída (a 100 metros da UPS) Dezembro Março

67 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Medidas no Q.G.Saída após aplicação do sistema UPS Voltage Volts 3Ø Amps 3Ø msec Current msec Dezembro Março

68 Aplicações práticas Indústria de Plásticos Resultados Após a análise das soluções técnicas apresentadas, o cliente optou pela instalação do sistema UPS de 1200 kva. Apesar de economicamente mais desfavorável apresentava maior capacidade técnica. Solucionou de um modo definitivo os problemas de qualidade de energia que estas instalações apresentavam. Dezembro Março

69 Questões Obrigado!