DISTÚRBIOS DA ENERGIA ELÉTRICA Eng. Edson Martinho
ELETRICIDADE A eletricidade é classificada como um produto. Existe apenas por um instante em um determinado ponto de entrega e surge no mesmo momento em que está sendo usado. Sua qualidade depende dos elementos que participam da sua produção, e da forma como está sendo usada. A qualidade deste produto é fundamental para o usuário e para o produtor que visa sempre custos menores de produção com qualidade superior. 2
QUALIDADE Qualidade de fornecimento de energia elétrica é uma função de sua compatibilidade enquanto fonte de energia, com o equipamento elétrico. Esta qualidade pode ser dividida, de uma forma macro, em duas: 1) Continuidade do fornecimento, ou ausência de interrupção. 2) Nível de Tensão: Grau em que a tensão é mantida dentro de uma determinada faixa especificada. 3
O que é qualidade de energia para você?
EXEMPLO ILUSTRATIVO
PERTURBAÇÕES
A preocupação com a qualidade da energia é algo que deve ser estudado de forma integrada entre gerador e fornecedor de energia, fabricante de equipamentos, projetista das instalações e o usuário da energia elétrica. Outra tendência é a necessidade de se estudar os distúrbios de forma correlata e não mais isolados.
ITENS QUE ESTÃO SOB O TERMO: QUALIDADE DE ENERGIA Variação de frequência Afundamento e Elevação de tensão Harmônica e inter-harmônicas Qualidade de Energia Notching / Ruídos / Distúrbios Surto / Transitórios Desequilíbrio de tensão
QUALIDADE DA ENERGIA Nos segmentos: Industrial Comercial Residencial Instalações especiais
PRODIST ANEEL Estão sujeitos ao PRODIST: a) concessionárias, permissionárias e autorizadas dos serviços de geração distribuída e de distribuição de energia elétrica (denominadas neste documento como distribuidoras); b) consumidores de energia elétrica conectados ao sistema de distribuição, em qualquer classe de tensão (BT, MT e AT), inclusive consumidor ou conjunto de consumidores reunidos por comunhão de interesses de fato, ou de direito; c) Agente importador ou exportador de energia elétrica conectados ao sistema de distribuição;; d) Transmissoras detentoras do DIT demais instalações de transmissão e) ONS. Fonte: ANEEL Prodist Modulo I 12/2012 Os índices de qualidade da energia, que são alvo de fiscalização estão definidos no modulo 8 do mesmo PRODIST, citado acima, e abrangem os seguintes setores: a) consumidores com instalações conectadas em qualquer classe de tensão de distribuição; b) produtores de energia; c) distribuidoras; d) agentes importadores ou exportadores de energia elétrica; e) transmissoras detentoras de Demais Instalações de Transmissão DIT; f) Operador Nacional do Sistema ONS. 2.2 Os procedimentos de qualidade de energia elétrica definidos neste módulo se aplicam aos Sistemas Individuais de Geração de Energia Elétrica com Fontes Intermitentes SIGFI, exceto o que estiver disposto em Resolução específica. Fonte: ANEEL Prodist Modulo 8 02/2012
ANEEL- PRODIST- MÓDULO 8 1.2 Os aspectos considerados da qualidade do produto em regime permanente ou transitório são: a) tensão em regime permanente; b) fator de potência; c) harmônicos; d) desequilíbrio de tensão; e) flutuação de tensão; f) variações de tensão de curta duração; g) variação de frequência.
DESAFIO NA GERAÇÃO DE ENERGIA Geração própria Cogeração, Geradores, Nobreaks, Eólicos, Solar etc.
TRANSMISSÃO Sistema Interligado Necessita de excelente qualidade de energia 13
QUALIDADE NA DISTRIBUIÇÃO Níveis de tensão: devem ser mantidos dentro de parâmetros pré-estabelecidos e são fiscalizados por órgãos competentes. Continuidade de serviço; Duração Equivalente por Consumidor (DEC) tempo médio sem energia / consumidor no período considerado Frequência Equivalente de Interrupção (FEC) média do número de interrupções / consumidor no conjunto considerado Simetria do sistema Forma de onda
Considerações O sistema elétrico brasileiro apresenta grandes geradores afastados do centro de carga, isto implica em grandes distâncias percorridas por linhas de transmissão. A tipologia do sistema de transmissão e distribuição brasileiro é na sua grande maioria por sistemas aéreos, apesar do esforça das distribuidoras de instalar redes compactas nos grandes centros As concessionárias visam maximizar a eficiência para obter, dentro das regras do agente regulador, lucro
QUALIDADE NO USO Este sim é um grande desafio! O usuário entende, na maioria dos casos, que gerenciar energia é controlar a demanda e o FP (facultativo à concessionária de energia a cobrança). Esta realidade está mudando e, nos próximos anos, a qualidade de energia passará a ser item muito importante para o funcionamento e produtividade.
TECNICA DE MITIGAÇÃO DOS DISTURBIOS DA ENERGIA ELÉTRICA Avaliação da instalação elétrica (Subestação, malhas de controle e usuário) - NR-10 Identificação dos problemas de QEE por instalação de medidores. No PCC solicitação junto a concessionária. Entendimento do processo produtivo (relato de produção, manutenção, qualidade) Histórico de ocorrência de problemas com suspeita de distúrbios de QEE Relação dos equipamentos e cargas críticas Levantamento de dados estatísticos de paradas Simulação dos distúrbios em laboratório (se possível), com implementação de soluções e análise de resultados Avaliação dos resultados Proposição de soluções Implantação das soluções propostas Avaliação dos resultados
Avaliação da instalação elétrica Instalar dispositivos que identifique os distúrbios causados por um período de tempo em pelo menos 3 pontos. Quais os dispositivos disponíveis? Quais os pontos que devo medir?
Ferramentas portáteis de QE Diagnóstico de problemas: os resultados medidos são apresentados no visor instantaneamente. Loggers: registra medições de QE (mínimo, máximo, média). Os resultados medidos podem ser analisados e podem ser criados relatórios no computador. Registradores: registra medições de QE e captura formas de onda detalhadas em alta resolução para fins de análise. Os resultados medidos podem ser analisados e podem ser criados relatórios no computador. Esses instrumentos possibilitam: Medir a qualidade da tensão de acordo com os padrões locais (Prodist) Registrar variações de tensão com detalhes Registrar harmônicos de corrente e tensão Capturar transientes ou outros distúrbios de formas de onda Registrar outras variáveis, como o fator de potência
Categorias de segurança IEC 61010
OS PRINCIPAIS DISTÚRBIOS DA ENERGIA
ALTERAÇÕES NA FORMA DE ONDA VARIAÇÃO DA FORMA DE ONDA Variação de amplitude e frequência ALTERAÇÃO NA FORMA DE ONDA Harmônica, Surto, Transiente, Notching, Ruídos.
Estes distúrbios podem surgir separados ou combinados. O que devemos fazer?
Cuidando da qualidade da energia Segurança Da informação Prevenção de acidentes
EQUIPAMENTOS TI A escolha dos equipamentos e acessórios com grande imunidade contra as perturbações é necessário, porém a localização física e as condições de instalação são parte integrante dos parâmetros para definição de um projeto adequado.
PRECAUÇÕES Cabeamento Percurso relativo aos cabos de potencia e de baixa corrente sistemas de controle e automação Posicionamento dos equipamentos em relação às fontes de perturbações Sistema de aterramento
Cuidando da qualidade da energia Economia ao cuidar da qualidade da energia: Redução de paradas Economia de energia elétrica Redução de insumos
LIMITES DE THD IEEE Std 519-1992 (instalação) - THDmax TENSÃO = 5% - THDmax CORRENTE = 5-20% Limites da norma IEC 61000-3-2: Equipamentos 16A/fase, redes de 220 a 415V Limites da norma IEC 61000-3-4: Equipamentos > 16A/fase, redes de 220 a 415V
NBR5410/2004 ANEXO F Determinação da corrente de neutro - Circuito trifásico com neutro, ou bifásico com neutro, e 3ª Harmônicas for superior a 33% a seção do neutro deve ser: In = Fh*Ib In corrente de neutro Ib corrente de projeto Fator Fh para determinação I neutro Taxa 3ª Harmônicas 3fases + neutro 2fases + neutro 33 a 35% 1,15 1,15 36 a 40% 1,19 1,19 41 a 45% 1,24 1,23 46 a 50% 1,35 1,27 51 a 55% 1,45 1,30 56 a 60% 1,55 1,34 61 a 65% 1,64 1,38 >= 66% 1,73 1,41
QUALIDADE DE ENERGIA MEDIÇÃO, REGISTRO E ANÁLISE 435 Série II
O significa Classe A? A norma IEC 61000-4-30 define 3 classes de medidores QEE: ABNT NBR IEC 61000-4-30:2011 Válida a partir de 3/3/11 Classe A Esta classe é usada onde medições precisas são necessárias por exemplo, para aplicações contratuais que pode exigir soluções de disputas, verificação de conformidade com padrões, etc. Qualquer medição de um parâmetro executada com dois instrumentos diferentes que obedecem as exigências da classe A, ao medir os mesmos sinais, deve produzir resultados iguais dentro da incerteza especificada para o parâmetro. Classe S Esta classe é usada para aplicações estatísticas tais como pesquisas ou avaliações de qualidade de energia, possivelmente com um subconjunto limitado de parâmetros. Embora utilize intervalos equivalentes de medição como classe A, os requisitos de processamento da classe S são menores. Classe B Esta classe é definida com a finalidade de se evitar a continuidade da fabricação de projetos obsoletos de muitos instrumentos existentes.
Categorias de Medição 600 V CAT IV / 1000 V CAT III Tensões máximas das entradas de tensão A (L1), B (L2), C (L3), N a GND (Terra) 1000 V Cat. III 600 V Cat. IV
Instalação elétrica típica Ponto de conexão AT Wh Quadro Geral QDL Carga de iluminação Banco de capacitores CCM Motores de indução QDT Circuitos de tomadas 38
Monitoração do ponto de entrega Ponto de conexão AT Wh QDL Quadro Geral CCM THD e Vh Desequilíbrio VTDC Transitórios QDT 39
Monitoração do circuito de motores Wh Quadro Geral QDL Banco de capacitores CCM Motores de indução 40 QDT THD, Vh e Ih K-factor Desequilíbrio VTCD Transitórios
Monitoração do circuito de iluminação e tomadas Pst Wh QDL Carga de iluminação Quadro Geral CCM K-factor QDT Circuitos de tomadas 41 Irms neutros
Monitoração do ponto de faturamento Wh Quadro Geral QDL Carga de iluminação Banco de capacitores CCM THD, Vh, Ih K-factor PF Desequilíbrio QDT Motores de indução Circuitos de tomadas 42
Alguns cases e aplicações de soluções para problemas de qualidade da energia
Casos Práticos: Condomínio Comercial-SP 9 elevadores variando torque e velocidade Um filtro ativo de 50amperes para cada Melhora total da instalação do condomínio Sem o filtro Sem o filtro Fator de potência corrigido no filtro 3 Com o filtro ativado 44
45 Casos Práticos: Jornal - Rotativas
Casos Práticos: Laminados Conteúdo THD de corrente sem filtro coma corrente total Total de THD da corrente corrigida e redução da corrente total RMS 46
ECONOMIA DE ENERGIA TRATANDO A QUALIDADE DE ENERGIA Industria com linha de extrusão (Inglaterra), medido THDv = 11% com Multiplos zero-crossing Tratamento das harmônicas com filtro ativo Economia de energia de 10 a 15% Fonte: Leonard-energy.org
CASO Aplicação de um compensador estático de reativos em uma indústria siderúrgica do norte da Itália, mostrou resultados satisfatórios quanto a redução do Flicker (Pst> 1,3 Requerido 1,5). Com a adição de filtro de harmônica, trouxe outros benefícios como: Redução de reativos (Fp >0,95); Aumento da potência disponível ( 6%); Redução do consumo de eletrodos (3%); Redução do tempo de fusão / melhor eficiência; Redução de desgaste do revestimento do forno; Redução das harmônicas de tensão <1,5%; Estudo de caso apresentado na revista EM 05/07
EDIFÍCIO DE ESCRITÓRIOS COM MULTI-USUÁRIOS 44.000 m 2 E MAIS DE 40 ANOS DE CONSTRUÇÃO: Um estudo preliminar sobre harmônicas revelou que o efeito das correntes harmônicas, principalmente de 3ª ordem, afetaram sobremaneira os circuitos, reduzindo a vida útil dos capacitores de correção de fator de potência, geraram queda de tensão entre neutro e terra e geraram problemas de compatibilidade eletromagnética, afetando principalmente os circuitos de TI. Medições observaram correntes de 3ª ordem, muito acima da fundamental. Economia com uso de filtro passivo 5%
QUAL O PROBLEMA ENTÃO? Justificar junto à Gerência e Departamento de Compras? 50
Fonte: Prof. José Carlos de Oliveira Univ. Federal de Uberlândia
Custo x Benefício Faça uma medição para saber qual o índice de qualidade da energia presente em cada circuito. Verifique a redução do tempo de vida útil de cada componente da instalação (fio, motor, transformador etc.) Quantifique o desperdício de energia por perda joule por exemplo Faça comparativo com custo da solução para os problemas de QEE
FOTO INTRIGANTE
54 www.procobre.org
55 www.leonardo-energy.org.br
Infraestrutura Elétrica para Rede de Computadores : Jose Mauricio Pinheiro Editora Ciência Moderna LITERATURA NACIONAL HARMÔNICAS EM SISTEMAS INDUSTRIAIS : Guilherme Alfredo Dentzien Dias Editora EdipucRS QUALIDADE NA ENERGIA ELÉTRICA Ricardo Aldabo Editora Artliber DISTÚRBIOS DA ENERGIA ELÉTRICA Edson Martinho Editora Erica
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