Tensão em regime permanente (DRC e DRP)

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1 Capítulo IX Modelo de relatório de qualidade da energia elétrica atendendo aos Procedimentos de Distribuição (Prodist) Por André Luís Grandi e Maria Jovita Siqueira* Este artigo propõe um modelo de análise e apresentação do relatório da qualidade da energia elétrica embasado no Módulo 8 Qualidade da Energia Elétrica dos Procedimentos de Distribuição (Prodist), utilizando como exemplo as aferições de tensão realizadas pelo período de uma semana no ponto de entrega de energia elétrica de uma siderúrgica alimentada em 13,8 kv (média tensão), que possui um forno a arco de 3,2 MW. Os indicadores analisados são: tensão de regime permanente, flutuação de tensão, desequilíbrio de tensão, distorção harmônica total e individual de tensão e Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD). Também são contemplados os indicadores de continuidade do fornecimento (qualidade do serviço). Tensão em regime permanente (DRC e DRP) O termo regime permanente compreende o intervalo de tempo da leitura de tensão, definido como sendo de dez minutos, em que não ocorrem distúrbios elétricos capazes de invalidar a leitura. No item do módulo 8 do Prodist, tem-se que o conjunto de leituras para gerar os indicadores individuais deverá compreender o registro de 18 leituras válidas obtidas em intervalos consecutivos (período de integralização) de dez minutos cada, com exceção das que eventualmente sejam expurgadas conforme o item Após a obtenção do conjunto de leituras válidas, deve ser calculado o índice de duração relativa da transgressão para tensão precária (DRP) e o índice para tensão crítica (DRC) de acordo com as seguintes expressões: (1) (2) nlp DRP = *1[ % ] 188 nlc DRC = *1[ % ] 188 Em que: nlp e nlc representam o número de leituras situadas na faixa precária e crítica, respectivamente. Ressalta-se que, para cada nível de tensão, tem-se as faixas para os cálculos de 1 e 2. Essas faixas podem ser consultadas nas tabelas de 1 a 1 do Anexo I do módulo 8 do Prodist. Para a análise da tensão em regime permanente, apresenta-se o gráfico semanal, totalizando as 1.8 leituras válidas. Em seguida, faz-se uma análise sob a forma de gráfico de histograma dos registros de tensão por fase. O comportamento semanal da tensão pode ser visualizado na Figura 1 e o histograma de tensão na Figura 2.

2 1 Após a apresentação do gráfico semanal, bem como do histograma, são apresentados os indicadores calculados, conforme pode ser visualizado na Tabela 1. Indicador DRP Tabela 1 Indicadores de DRP e DRC Fase A Fase B,%,1% Fase C,% DRC,%,1%,% Figura 1 Gráfico semanal com 1.8 leituras. Em especial, para o cliente em questão, os indicadores de DRP e DRC se comportaram de modo inferior aos limites máximos estabelecidos pelo órgão regulador, que são: DRPM = 3,% e DRCM =,%. Figura 2 Histograma de tensão com 1.8 leituras. Flutuação de tensão A flutuação de tensão é uma variação aleatória, repetitiva ou esporádica do valor eficaz da tensão. Assim, a determinação da qualidade da tensão de um barramento do sistema de distribuição, quanto à flutuação de tensão, tem por objetivo avaliar o incômodo provocado pelo efeito da cintilação luminosa no consumidor final que tenha seus pontos de iluminação alimentados em baixa tensão. Nesse sentido, instalam-se registradores digitais de flutuação de tensão, baseados no protocolo definido pela IEC e sincronizados, via GPS, no cliente que se deseja monitorar e na instalação de baixa tensão (BT) adjacente ao cliente, buscando, com isso, a comprovação da origem do fenômeno, ou ainda, a identificação das contribuições associadas ao cliente medido em

3 2 relação à baixa tensão (BT). Utiliza-se para análise de flutuação de tensão o indicador de severidade de curta duração (PST), conforme está descrito no módulo 8 do Prodist, no item número, que trata do indicador de flutuação de tensão. A Figura 3 apresenta o gráfico semanal comparativo entre a corrente máxima de carga do cliente e o indicador de PST. Figura 3 Comparativo entre corrente média do cliente e PST. Visando a uma identificação mais precisa da relação entre corrente e PST, foi utilizada também a estatística descritiva pelo coeficiente de correlação de Pearson (R), que mede o grau de relacionamento entre duas variáveis quaisquer. As amplitudes de correlação entre duas variáveis podem variar de % a 1%, sendo (R = ) como correlação nula e (R = 1) uma correlação total. A correlação entre a corrente e o PST pode ser verificada na Tabela 2. Logo, fica claro que existe uma forte correlação entre o indicador de PST e a operação das cargas da unidade fabril, comprovando que quase a totalidade da composição do indicador é consequência da operação das cargas da unidade medida. Complementando as análises, faz-se uma correlação dos valores de PST medidos na média tensão e os valores de PST medidos na baixa tensão. Com o intuito de se obter uma melhor visualização da correlação, é reproduzido a seguir um gráfico comparativo diário das duas medições. Por meio destas correlações, é possível afirmar que o indicador de PST medido na baixa tensão é consequência única e direta da operação das cargas da unidade em MT. Desequilíbrio de tensão O desequilíbrio de tensão é o fenômeno associado a alterações dos padrões trifásicos do sistema de distribuição. Para esse indicador, o Prodist, em seu módulo 8, estabelece para cálculo a seguinte expressão (3) quando das medições entre fase-neutro: V - FD% = *1 V + Em que as terminologias são as da Tabela 3, a seguir. O limite de referência estabelecido para o fator de desequilíbrio (FD%) deve ser igual ou inferior a 2% para os barramentos do sistema de distribuição. Para o desequilíbrio de tensão, a exemplo da flutuação de tensão, também pode ser visualizada a relação existente entre a corrente da unidade e indicador (FD%) pela Figura. Posteriormente, esses valores podem ser correlacionados para que se verifiquem suas relações de interdependência. (3) Tabela 2 Correlação PST versus corrente Dia Correlação Pst x Corrente Fase A Fase B Fase C 18/7/8 1/7/8 2/7/8 21/7/8 22/7/8 23/7/8 247/8 Semanal 7,4% 83,1% 74,3% 7,1%,1% 2,8% 8,% 8,14%,48% 83,8% 74,7% 7,1%,74% 2,4%,1% 88,% 3,1% 84,% 72,% 74,3% 73,8% 3,3% 4,12% 8,12% Figura 4 Comparativo entre PST de média e baixa tensão. Tabela 3 Terminologia Identificação da grandeza Símbolo Fator de desequilíbrio FD Magnitude da tensão de sequência negativa (RMS) V- Magnitude da tensão de sequência positiva (RMS) V+

4 4 Figura Gráfico de desequilíbrio de tensão e gráfico de corrente. A Figura traz o histograma de desequilíbrio dos valores médios ao longo dos sete dias de medição, totalizando 1.8 leituras válidas. Também para o indicador de DTT teve-se uma correlação alta, como pode ser visualizado na Tabela 4. Tabela 4 Correlação DTT% versus corrente Dia Correlação Pst x Corrente Fase A Fase B Fase C 18/7/8 4,24% 41,13% 43,1% 1/7/8 71,27% 2,8% 2,31% 2/7/8,77%,1%,37% 21/7/8 8,1%,2%,% 22/7/8 42,14% 2,24% 1,78% 23/7/8 7,71% 8,44% 78,% 24/7/8 77,83%,3% 8,1% Semanal 7,2% 78,3% 7,7% Esta correlação alta comprova que o indicador de DTI% é consequência da operação das cargas da unidade. Para a DIT%3, foi feita a mesma análise, como pode ser visualizado na Figura 8. Figura Histograma de desequilíbrio. Destes valores, teve-se FD% de até 3,71%, como pode ser visualizado na Figura, pois nesse histograma constam os valores máximo, médio e mínimo dos valores integralizados a cada dez minutos. O valor do FD% registrado é acima do limite referencial de 2% do Módulo 8 do Prodist. Distorção total de ensaio (DTT%) e distorção individual de tensão (DIT%) Em relação a harmônicos, foi analisada a distorção total de tensão (DTT%) e, para os harmônicos individuais, foram analisadas as ordens de maior relevância, que, para o caso específico, foram as ordens 3ª, ª e 7ª. A seguir, reproduz-se o gráfico comparativo entre o indicador de DTT% e a corrente máxima de carga do cliente. Figura 8 Comparação entre DIT3% e corrente máxima do cliente. Para as demais ordens harmônicas, º e 7º ordens, foram feitas as mesmas análises que para a de 3ª ordem. Adicionalmente, além dos gráficos semanais e da correlação existente entre a corrente do cliente, para cada ordem harmônica apresenta-se o histograma com o resumo dos valores, como pode ser visualizado como exemplo para DIT%3. Figura 7 Comparação entre DTT e corrente de carga. Figura Histograma DIT3% médios.

5 Variações de tensão de curta duração (VTCDs) As variações de tensão de curta duração são desvios significativos no valor eficaz da tensão em curtos intervalos de tempo. As variações de tensão de curta duração são classificadas conforme a Tabela a seguir: Quando as oscilografias de tensão e as correntes são disponibilizadas pelo medidor de qualidade da energia elétrica, sugerimos que seja realizada uma correlação entre estas informações visando a serem contempladas nas possíveis soluções deste fenômeno, o qual, em função das sensibilidades dos equipamentos eletroeletrônicos, é um dos fenômenos que mais impacta o sistema produtivo dos clientes. Na Figura 1, observa-se um evento de um afundamento de tensão com amplitude de,8 pu e com duração de 3 ciclos. A oscilografia de corrente, vista na Figura 11, é importante para identificar o nível de elevação da corrente e propor soluções para o afundamento de tensão. Tabela Classificações das variações de tensão Amplitude da tensão em relação Classificação Denominação Duração da variação à tensão de referência Interrupção momentânea de tensão Inferior ou igual a Inferior a,1 pu Variação três segundos momentânea Afundamento momentâneo de tensão Superior ou igual a um ciclo e inferior ou igual Superior ou igual a,1pu e inferior a,pu de tensão a três segundos Elevação momentânea de tensão Superior ou igual a um ciclo e inferior ou igual Superior a 1,1 pu a três segundos Interrupção temporária de tensão Superior a três segundos e inferior Inferior a,1pu Variação temporária de tensão Afundamento temporário de tensão Elevação temporária de tensão ou igual a um minuto Superior a três segundos e inferior ou igual a um minuto Superior a três segundos e inferior Superior ou igual a,1pu e inferior a,pu Superior a 1,1pu ou igual a um minuto

6 Figura 1 Oscilografia de tensão. Figura 11 Oscilografia de corrente. A proposta é que todos os eventos de VTCDs, registrados em uma campanha de medição, sejam identificados e quantificados em uma tabela, conforme indicado na Tabela, visando à sua correlação com o impacto produtivo relatado pelo cliente. Tabela Detalhes do evento Duração Reg Data Hora Amplitude (pu) Ciclos ms 1 /1/28 1h13m,8 3 A curva ITIC, demonstrada na Figura 12, representa o envelope de tolerância de tensão para equipamentos microprocessados. Todos os eventos de VTCD ocorridos durante o período de aferição devem ser contemplados nesta curva. O único evento registrado na Tabela encontra-se dentro da região de normalidade da curva ITIC indicando que não houve desligamento dos equipamentos microprocessados. Figura 12 Evento na ITIC. Parâmetros de análise da qualidade do serviço Nesse sentido, sob o aspecto das instalações individuais, são definidos os seguintes indicadores de continuidade individuais: a) DIC Duração de interrupção individual por unidade consumidora: compreende o intervalo de tempo em que, no período de observação, em uma determinada unidade consumidora, ocorreu descontinuidade no fornecimento de energia elétrica. b) FIC Frequência de interrupção individual por unidade consumidora: compreende o número de interrupções ocorridas, no período de observação, em uma determinada unidade consumidora. c) DMIC Duração máxima de interrupção contínua por unidade consumidora: compreende o tempo máximo de interrupção contínua de energia elétrica em uma determinada unidade consumidora. Para efeito da resolução, a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) considera- se como interrupção um tempo superior a três minutos associado à descontinuidade do condutor neutro ou da tensão disponível em qualquer uma das fases do circuito elétrico que atende a uma determinada unidade consumidora. No caso específico do cliente de média tensão, os padrões de desempenho de continuidade individuais estabelecidos pela Aneel são os da Tabela 7. Tabela 7 Padrões de desempenho de continuidade individuais Período de Apuração DIC(horas) FIC(Qtde) DMIC(horas) Mensal 1 Trimestral 1 Anual 3 18 Os resultados apurados, comparados com os padrões, acerca dos indicadores individuais de continuidade do fornecimento para a unidade consumidora estão na Tabela 8. Como pode ser observado a partir dos valores apurados na Período jan/8 fev/8 mar/8 1 Trim 28 abr/8 mai/8 jun/8 2 Trim 28 jul/8 ago/8 set/8 3 Trim 28 out/8 nov/8 dez/8 4 Trim 28 ano civil 28 jan/ fev/ mar/ 1 Trim 2 ano movel 2 Taabela 8 Indicadores de continuidades individuais. DIC padrão DIC apurado índices FIC FIC padrão apurado DMIC padrão DMIC apurado

7 7 tabela anterior, os indicadores de continuidade individuais para as instalações da unidade consumidora em análise encontram-se em total conformidade com os valores referenciais estabelecidos pelo módulo 8 do Prodist. Conclusões Este artigo propõe um modelo de relatório da qualidade da energia elétrica com base no módulo 8 do Prodist, tendo como base uma aferição real dos níveis de tensão realizada no ponto de entrega de uma siderúrgica alimentada em 13,8 kv localizada na área de concessão da EDP Bandeirante e empregando-se um medidor da qualidade da energia elétrica, homologado pelo Operador Nacional do Sistema (ONS). As análises são realizadas por fenômeno, correlacionado com a contribuição da carga industrial aferida. Embora este procedimento não seja contemplado no Prodist, é importante estabelecer este parâmetro de correlação, principalmente para a concessionária visando eventuais acréscimos de carga e seu respectivo impacto no sistema distribuidor. Recomenda-se que os parâmetros que ultrapassam os valores de referência previstos no Prodist sejam enfatizados, pois eles podem subsidiar contratos de comanda com cláusulas específicas de qualidade da energia (conforme ocorreu no processo avaliado pela EDP Bandeirante). Tendo sido estabelecido um modelo de relatório de qualidade da energia é possível promover a sua automatização do processo de análise pelas concessionárias, clientes e até pelos próprios fabricantes de medidores, com o intuito de agilizar os estudos de qualidade e a campanha de medições amostrais conforme prevista no Prodist a serem regulamentadas pela Aneel. Referências IEC 1-4-1:23, Edition 1.1. Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4-1: Testing and measurement techniques functional and design specifications. Procedimentos de distribuição (Prodist). Módulo 8 Qualidade da energia elétrica. Agência nacional de energia elétrica (Aneel), última revisão (revisão 4/211). *André Luis Zago de Grandi é engenheiro eletricista, mestre em engenharia elétrica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. É engenheiro da Bandeirante Energia. Maria Jovita Vilela Siqueira é engenheira eletricista com especialização em conservação de energia elétrica na indústria e em sistemas de energia, com MBA em gestão empresarial pela Fundação Getúlio Vargas. É engenheira da área de qualidade da EDP Bandeirante Energia. Continua na próxima edição Confira todos os artigos deste fascículo em Dúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o [email protected]