Suportabilidade de equipamentos eletrodomésticos frente a distúrbios de qualidade da energia elétrica

Transcrição

1 Suportabilidade de equipamentos eletrodomésticos frente a distúrbios de qualidade da energia elétrica

2 O que é? Diz respeito à tolerância dos equipamentos frente a distúrbios da qualidade da energia elétrica fornecida.

3 Contexto e importância: Consumidor Equipamentos cada vez mais sensíveis às variações na forma de onda da tensão fornecida, principalmente os que possuem controles baseados em microprocessadores e dispositivos eletrônicos. Distúrbios na qualidade da energia podem causar má operação, redução da vida útil e até queima dos equipamentos dos consumidores.

4 Contexto e importância: Concessionária Conflito entre consumidores e concessionárias. Disseminação do conhecimento dos direitos do consumidor, que tem, cada vez mais, considerado a energia elétrica como um direito, ao invés de um produto. Mesmo interrupções sem grandes consequências geram muitas reclamações de consumidores.

5 Contexto e importância: Concessionária Número de pedidos de ressarcimento aumentou muito nos últimos anos, seja eles de boa ou má fé. Aumento alarmante de indenizações pagas pela concessionária.

6 Contexto e importância: Concessionária A concessionária muitas vezes, opta por pagar as despesas para evitar desgaste perante o público consumidor.

7 Contexto e importância: Concessionária Dificuldade em avaliar a consistência dos pedidos de ressarcimento. Normalmente baseados em laudo técnico de uma assistência autorizada, que sugere uma possível origem para o defeito.

8 Contexto e importância: Concessionária Ausência de registros das grandezas elétricas associadas com a maioria das ocorrências e, tampouco, processos sistematizados que permitam correlacionar os fenômenos com os padrões de suportabilidade dos produtos.

9 Tipos de suportabilidade Suportabilidade dielétrica Suportabilidade térmica Os impactos de tensão devem ser analisados à luz da suportabilidade dielétrica e os relacionados com a corrente devem ser comparados com a suportabilidade térmica correspondente [2].

10 Curva de suportabilidade As curvas de suportabilidade estabelecem os níveis de tensão ou corrente que, estatisticamente, apresentam alta probabilidade de ocasionar danos físicos nos aparelhos eletroeletrônicos. Porém, ainda são extremamente embrionárias e não oferecem, até o momento, a confiabilidade desejada.

11 Confiabilidade das curvas de suportabilidade As dificuldades detectadas envolvem questões como: diversidade de fabricantes de produtos similares inexistência de normas a serem atendidas tempo de uso dos produtos.

12 Curva de suportabilidade Caso o fenômeno ocorrido na rede conduza a valores de tensão ou corrente abaixo da curva indicada, então se tem uma condição operacional sem riscos probabilísticos de danos.

13 Curva de suportabilidade Todavia, caso o distúrbio tenha conduzido a um ponto acima da curva, isto poderá ocasionar uma eventual falha do produto.

14 Região 1: Transitórios impulsivos de alta frequência que tipicamente ocorrem a partir da incidência de descargas atmosféricas. Pode ser descrita matematicamente como:

15 Região 2: Transitórios oscilatórios de baixa frequência (duração característica de aproximadamente ¼ ciclo), até elevações de tensão com amplitudes de até 100% acima da tensão nominal RMS com duração do distúrbio de 30 ciclos. Pode ser descrita matematicamente como:

16 Região 3: Esta região caracteriza as tolerâncias em regime permanente, com aplicação de uma tensão eficaz constante máxima de 10% acima do valor nominal por um período indefinido de tempo.

17 Suportabilidade dielétrica Limite máximo de tensão suportada pelo equipamento dado uma certa duração, acima do qual a capacidade de isolamento do aparelho seria violada, causando danos ao mesmo.

18 Curva CBEMA Conceito de suportabilidade surgiu no final da década de 70, a partir de estudos feitos por Thomas Key. A curva CBEMA fornece os limites de tolerância para computadores frente aos distúrbios de tensão no sistema elétrico.

19 CURVA ITIC A curva ITIC é uma revisão e modificação da curva CBEMA. Caracteriza melhor a sensibilidade de outros equipamentos eletroeletrônicos (e não somente dos computadores). É utilizada como referência pela maioria das publicações relacionadas ao tema.

20 Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica Ensaio de caráter destrutivo, onde aplica-se valores de tensão e verifica-se o tempo decorrido até que a suportabilidade dielétrica do equipamento ser ultrapassada, ocasionando danos. O valor da tensão aplicada e o tempo decorrido até a ocorrência do dano no equipamento é um ponto da curva (Tensão x tempo).

21 Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica Discretização do período de duração do distúrbio. Cálculo de um indicador que represente o efeito cumulativo da tensão para cada instante equação ao lado: através da

22 Ar Condicionado Condição: Sobretensões moderadas ( em torno de 540 V) Duração: s. Condição: Sobretensões extremas ( em torno de 1,8 kv) Duração: 8-44 ms.

23 Ar Condicionado: Suportabilidade dielétrica

24 Outros eletrodomésticos Aparelho de som * Apenas obtenção de pontos da curva de suportabilidade dielétrica.

25 Aparelho de Som

26 Suportabilidade térmica Limite máximo de corrente suportada pelo equipamento dada certa duração, acima do qual os limites térmicos do aparelho seriam violados causando danos ao mesmo.

27 Obtenção da Curva de suportabilidade térmica i(t): valor instantâneo da corrente (A), responsável pela dissipação da energia térmica máxima admissível pelo equipamento. TD: intervalo de tempo (s), durante o qual o equipamento foi submetido ao esforço de corrente. J: energia máxima admitida pelo equipamento.

28 Obtenção da Curva de suportabilidade térmica A constante TD é obtida observando-se a forma de onda da corrente no equipamento, sendo contabilizada como o intervalo de tempo decorrido desde a ocorrência do valor de pico da corrente até a ocorrência do dano no equipamento. Neste exemplo (aparelho de som): TD = 9,38 μs I = 4,58 ka

29 Obtenção da Curva de suportabilidade térmica Eleva-se os valores instantâneos da corrente no equipamento ao quadrado. A energia máxima suportada pelo equipamento é obtida calculando-se a área demarcada na figura. Neste exemplo (aparelho de som): J = 69,69 A2s O instante da ocorrência do pico máximo é o limite inferior, sendo considerado como t = 0. TD é o limite superior da integral.

30 Obtenção da Curva de suportabilidade térmica Após conhecido o valor da constante J, basta obter para cada espaço de tempo de exposição aos esforços o correspondente valor de corrente pela fórmula abaixo:

31 Obtenção da Curva de suportabilidade térmica

32 Curvas de suportabilidade térmica de alguns equipamentos [10]

33 Causa típica de distúrbios Distúrbio Causa típica Sobretensões e subtensões transitórias Sobretensões e subtensões momentâneas Interrupção ou subtensão sustentada Descargas atmosféricas, partida de grandes motores, manobras de chaveamento na rede de distribuição, etc. Falhas no sistema de distribuição, variações bruscas de carga, disfunções nos equipamentos da concessionária. Excessivo carregamento do sistema elétrico, grandes variações de cargas, disfunções nos equipamentos da concessionária. [5]

34 Descargas atmosféricas Intensidade da corrente do raio pode variar entre 2 e 200 ka, com duração na faixa de dezenas de microsegundos. Geram ondas de sobretensão que podem se propagar pela rede de distribuição e causar danos em equipamentos eletroeletrônicos.. [1]

35 Descargas atmosféricas O valor médio da corrente de surto que atinge uma unidade consumidora em baixa tensão está entre 1,2 a5ka. Esse valor é excedido em apenas 15% dos casos A probabilidade de ocorrência de uma corrente com valor superior a 25 ka na entrada do consumidor numa localidade com altas incidência de raios é de 1 ocorrência a cada 4115 anos. [1].

36 Efeitos dos distúrbios acionamento indevido de relés mau funcionamento de equipamentos sensíveis distorções em equipamentos de medição interrupção do fornecimento de energia. entres outros Tudo isto resulta em efeitos econômicos não desprezíveis, acarretando em prejuízos tanto às concessionárias quanto aos consumidores.

37 Efeito dos distúrbios : Afundamento de tensão Condição: 60% da tensão nominal com duração de 10 ciclos a corrente solicitada pelo televisor se anula, permanecendo nesta condição por quase toda a duração do fenômeno. ocorre um pico de corrente de cerca de 7 vezes o valor nominal quando a tensão é restabelecida. condição de regime permanente restabelecida após alguns ciclos. Televisor

38 Efeito dos distúrbios: Interrupção de tensão Condição: Interrupção com duração de 10 ciclos. a corrente solicitada pelo televisor se anula, permanecendo nesta condição por toda a duração do fenômeno. ocorre um pico de corrente de cerca de 9 vezes o valor nominal quando a tensão é restabelecida. condição de regime permanente restabelecida após alguns ciclos. Televisor

39 Efeito dos distúrbios: Elevação de tensão Condição: 120% da tensão nominal com duração de 10 ciclos nos instante da elevação ocorre um pico de corrente de cerca de 8 vezes o valor nominal. ao término da perturbação a corrente se anula por alguns ciclos, assumindo os valores de regime permanente em seguida. condição de regime permanente restabelecida após alguns ciclos. Televisor

40 Efeito dos distúrbios: Transitórios oscilatórios Condição: transitório oscilatório com duração menor que ¼ ciclo. ocorre um pico de corrente de cerca de 11 vezes o valor nominal em reposta à elevação súbita na tensão de fornecimento ao término da perturbação a corrente se anula por alguns ciclos, assumindo os valores de regime permanente em seguida. Televisor condição de regime permanente restabelecida após alguns ciclos.

41 Televisor - Suportabilidade dielétrica [2]

42 Televisor - Suportabilidade térmica

43 Televisor: Suportabilidade à Sobretensão Condições: frequência 60 Hz, tensão aumentada gradativamente até o equipamento apresentar algum dano(ensaio destrutivo - pontos da curva de suportabilidade dielétrica). Tensão (pu) tempo (s) Televisor Danos na fonte de alimentação: dano por estresse térmico (fusível queimado) e por estresse dielétrico (capacitor estourado). 1,9 1,00 PHILCO USADA DE 14 2,0 0,78 PHILCO USADA DE 20 1,9 0,27 PHILIPS USADA DE 20 2,0 0,50 TOSHIBA USADA DE 29 1,9 0,28 PHILIPS NOVA DE 21

44 Televisor: Suportabilidade à Descargas atmosféricas Condições: impulso de tensão (1,2 μs para atingir o valor máximo, diminuindo aos 50 μs à metade do valor de pico). impulso de corrente (8 μs para atingir o valor máximo, diminuindo aos 20 μs, à metade do valor de pico).

45 Televisor - Suportabilidade à Descargas atmosféricas Tensão (VMÁX) Corrente (A) tempo (µs) Televisor ,76 LG USADA DE 20 Danos na fonte de alimentação: fusível foi um componente danificado em todos os ensaios realizados e em apenas um caso a chave Power danificada (Panasonic) ,25 PHILLIPS NOVA DE ,1 PHILLIPS NOVA DE ,0 TV PHILLIPS USADA DE ,38 PANASONIC NOVA DE 29

46 Televisor - Outras referências Tipo de estudo Resultados Referência Transitórios impulsivos de tensão 0,5 a 6 kv Danos a partir de 4 kv [6] Distorção harmônica e interharmônicos Sensibilidade na qualidade da imagem e aquecimento de componentes internos [7] Afundamentos de tensão Sensibilidade para afundamentos abaixo de 0,4 pu com duração superior a 5 ciclos [8] Afundamentos de tensão Disfunções para afundamentos abaixo de 0,2 pu com duração superior a 10 ciclos [9]

47 Computador suportabilidade dielétrica (com e sem estabilizador)

48 Computador suportabilidade térmica (com e sem estabilizador)

49 Computador Componentes mais danificados:

50 Outros eletrodomésticos Máquina de lavar Maior sensibilidade às distorções harmônicas de tensão: interrupção do processo de centrifugação.

51 Outros eletrodomésticos Refrigerador Maior sensibilidade a afundamentos e interrupções momentâneas de tensão. Em relação à interrupções momentâneas suporta até 7 ciclos sem desligar.

52 Outros eletrodomésticos: Conclusões A análise da suportabilidade dos eletrodomésticos é ainda muito subjetiva, faltam métodos e padrões mais elaborados. Existe grande dificuldade em se definir os limites de suportabilidade de um eletrodoméstico, pois os resultados variam muito e dependem de vários fatores, sendo difícil a obtenção resultados conclusivos. Comparações entre os limites de suportabilidade de diferentes eletrodomésticos tem pouco significado.

53 Referências [1] TAVARES, CARLOS E., Uma estratégia para análise técnica de pedidos de ressarcimento de danos a consumidores f. Tese (Doutorado em Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, Maio de [2] ÁVILA, CLAUDINEI J., Curvas de suportabilidade dielétrica e térmica para televisores integradas ao APR e ao banco de dados da CEMIG Distribuição S.A. 186 f. Dissertação (Mestrado em Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, [3] MARTINS, ELDÉCIO ANTÔNIO, Elaboração de Curvas de Suportabilidade para Microcomputadores e Estudo de Desempenho de Dispositivos Mitigadores para Subsidiar os PID s, Uberlândia, MG. UFU, Tese de Mestrado [4] BORGES, JONMIL MARQUES, Desenvolvimento de uma metodologia para análise de ressarcimento de aparelhos de som, associados aos distúrbios na rede elétrica da CEMIG. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, [5] MIELCZARSKI, W. Quality of electricity supply in competitive electricity markets. In: III CONGRESSO LATINO AMERICANO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (CONLADIS), 3., 1998, São Paulo. Anais... São Paulo, set [6] SMITH, STHEPHEN B. AND STANDLER, RONALD B., The Effects of Surges on Eletronic Appliances, IEEE Transation on Power Delivery, vol. 7, pp , julho de [7] FUCHS, E. F., ROESLER, D. J. E KOVACS, K. P., Sensibility of Eletrical Appliances to Harmonics and Fractional harmonics of the Power Systems Voltage. Part: Television sets, Induction Wathour and Universal Machines, IEEE Transaction on Power Delivery, vol. PWRD-2,, pp , abril de 1987.

54 Referências [8] TAVARES, C. E., Modelagem e análise de desempenho de equipamentos eletroeletrônicos diante de distúrbios de qualidade da energia. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de Mestrado - Maio, [9] OLIVEIRA, HERMES R. P. M. et al. Sensibilidade de equipamentos eletrodomésticos submetidos a afundamentos de tensão. XVIII SNPTEE ( Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica). 16 a 21 de Outubro de 2005, Curitiba, Paraná. [10] GONDIM, ISAQUE N. Contribuição para o aplicativo APR: Novos limites de suportablidade, perturbações via medições e sistematização no processo da configuração da rede elétrica. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Agosto, [11] MENDONÇA, MARCUS V. B.. Contribuição ao processo computacional para análise de pedidos de indenização por danos em equipamentos elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Março, [12] REZENDE, PAULO H. O.. Uma proposta de modelagem de condicionadores ar split visando a análise de pedidos de ressarcimento por danos elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, 2012.

55 FIM