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Qualidade da Energia Fundamentos bsicos (Mrio Oleskovicz) 1

1

INTRODUO A qualidade da energia eltrica constitui na atualidade um fator crucial para a

competitividade de praticamente todos os setores industriais e dos servios. O setor

da energia eltrica encontra-se, sobretudo nas duas ltimas dcadas, a atravessar

profundas mudanas devido a um nmero considervel de fatores como (a) a

alterao da natureza de cargas consumidoras e da forma como a energia eltrica

hoje utilizada, (b) a liberalizao, desregulamentao (ou re-regulamentao) em

curso a nvel mundial, (c) a proliferao de autoprodutores, (d) o aparecimento de

novas tecnologias de gerao e (e) o peso crescente das questes ambientais

associadas s tecnologias de gerao, tm provocado grandes alteraes no modo de

funcionamento do setor (http://www.ipv.pt/millenium/20_arq1.htm).

1.1 O fornecimento da energia A energia eltrica, trmica e/ou nuclear deixa as usinas geradoras a cada

instante de tempo do dia e transportada por uma complexa rede de linhas areas

e/ou de cabos subterrneos at alcanar seus centros consumidores. A Figura 1

esquematiza de uma forma simplificada todo este processo desde quando a energia

deixa a sua fonte geradora (1), passando por uma subestao de elevao da tenso

(2), pelo seu transporte por longas linhas de transmisso at as reas onde h a sua

necessidade nos centros consumidores. Uma vez neste ponto, o nvel de tenso

rebaixado por outra subestao (4) sendo que as linhas do sistema de distribuio (5)

encarregam-se de direcionar a energia eltrica at as residncias, centros comerciais

e industriais (http://www.we-currentresource.com/pqbasics).

No entanto, para manter o nvel de tenso dentro de certos limites

operacionais aceitveis, tanto ao nvel de transmisso como de distribuio, so

necessrias medidas de controle e de acompanhamento tanto dos rgos de

fiscalizao como das concessionrias fornecedoras de energia. Isto se deve ao fato

de que, tanto os sistemas de distribuio como de transmisso esto constantemente

sujeitos a ocasionais variaes de tenso. Estas variaes, mesmo dentro de limites


pr-estabelecidos, podem causar operaes incorretas de sensveis equipamentos

eltricos nos diversos setores.

Figura 1- O fornecimento da energia

Para avaliar o quanto um sistema est operando fora de suas condies

normais, duas grandezas eltricas bsicas podem ser empregadas. So elas: a tenso e

a freqncia. A freqncia em um sistema interligado situa-se na faixa de 60

0,5Hz. Por outro lado, em relao tenso, trs aspectos principais devem ser

observados: Forma de onda, a qual deve ser o mais prximo possvel de senide; Simetria do sistema eltrico e Magnitudes das tenses dentro de limites aceitveis.

Entretanto, existem alguns fenmenos, aleatrios ou intrnsecos, que ocorrem

no sistema eltrico fazendo com que os aspectos acima citados sofram alteraes,

deteriorando a qualidade do fornecimento de energia eltrica. Dentre os fenmenos

podemos citar: afundamentos e/ou elevaes de tenses, as interrupes, distores

harmnicas, flutuaes de tenso, oscilaes, rudos, sobretenses, subtenses, etc.

Tais fenmenos bem como as provveis causas dos mesmos sero mais bem

explanados a partir do captulo 2 deste material.


Para este contexto, cabe salientar que at bem pouco tempo atrs, a maioria

dos consumidores industriais entendia que gerenciar a energia eltrica significava

controlar a demanda, o fator de potncia, e administrar os contratos junto

concessionria. Pouco se falava em superviso de grandezas como tenses, correntes,

potncias e muito menos, em distores harmnicas ou transientes. Alguns

especialistas garantem que nos prximos cinco anos, a evoluo dos sistemas de

gerenciamento de energia ser to grande quanto foi nos ltimos 30 anos. Por esta

razo, as empresas que hoje pretendem apenas acompanhar a tenso e a corrente em

tempo real logo manifestaro uma grande preocupao com o nmero de

interrupes no fornecimento, e o tempo mdio destas interrupes. Pouco tempo

depois, estes mesmos usurios desejaro acompanhar a forma de onda da tenso

entregue pela concessionria, de modo a analisar, por exemplo, transitrios,

correntes harmnicas e afundamentos de tenso. No entanto, esta almejada anlise

depende da definio apropriada de indicadores que representem o desempenho dos

servios prestados pelas concessionrias envolvidas. No que segue, comentrios

bsicos que dizem respeito a uma boa qualidade da energia e sobre os ndices de

continuidade associados ao assunto sero apresentados.

1.2 Qualidade da Energia Como so de conhecimento, as interrupes, que podem ser provocadas tanto

por fenmenos aleatrios como pela falta de manuteno preventiva dos sistemas

eltricos, causam a diminuio da produtividade dos consumidores ocasionando a

interrupo na operao dos equipamentos. Para o consumidor residencial, o que ele

tem em mente como baixa qualidade da energia eltrica realmente a falta de

energia. Desde que essa falta no seja muito demorada, no haver grandes

aborrecimentos ou mesmo perdas econmicas por parte do consumidor. Se faltar

tenso em sua casa durante trs minutos, em princpio, no tem problema nenhum.

Se faltar durante trs horas, passa a ser diferente. Para o consumidor industrial, no

entanto, se faltar energia durante meio segundo, a fbrica pra e o processo industrial

tem que ser reiniciado, o que causa grandes prejuzos financeiros. Suponha que o

processo seja a fabricao de tecido: a interrupo momentnea de tenso pode partir

os fios do tecido. Para reiniciar o processo, ser preciso emendar todos os fios que se

partiram, e isso leva um certo tempo, com perda de produo. Se fosse um processo


de estamparia, por exemplo, o tecido seria refugado uma vez que a estampa ficaria

fora dos padres. Nos processos de laminao de ao, quando as mquinas param, os

operrios tm que "desentupir" o laminador, cortando os vares de ao com

maaricos, alm de manipul-los sob altas temperaturas, etc. Como dado ilustrativo,

constata-se pelos registros dos eventos, que uma interrupo na energia eltrica ou

uma queda de 30% na tenso fornecida por um curto perodo pode zerar os

controladores programveis acarretando em inmeras situaes no desejveis ao

sistema integrado.

Em virtude destas interrupes operacionais, destaca-se ento, uma das

principais razes para os estudos relacionados QE: o valor econmico. Sendo que

h impactos econmicos considerveis nas companhias, em seus

consumidores/clientes e fornecedores de equipamentos. No ramo industrial, sente-se

um impacto econmico direto j que, nos ltimos tempos, houve uma grande

revitalizao das indstrias com a automao e a incluso de modernos

equipamentos.

Tem-se ento que, para se estabelecer padres de qualidade adequados

necessrio definir a real expectativa dos consumidores, isto , identificar o quanto

sociedade est disposta a pagar pelos custos dos mesmos, pois a melhoria do nvel de

qualidade implica em aumento dos custos.

Cabe, para o momento, definirmos o que seria ento um problema de QE.

No existe uma conveno ou consenso sobre este conceito. Por causa da

rpida evoluo dos sistemas nos ltimos anos, este conceito tambm vem sofrendo

alteraes periodicamente.

O conceito de Qualidade da Energia est relacionado a um conjunto de

alteraes que podem ocorrer no sistema eltrico. Entre muitos apontamentos da

literatura, podemos ento apresentar o assunto como qualquer problema manifestado

na tenso, corrente ou desvio de freqncia, que resulta em falha ou m operao de

equipamento dos consumidores (DUGAN et al., 19961). Tais alteraes podem

ocorrer em vrias partes do sistema de energia, seja nas instalaes de consumidores

ou no sistema supridor da concessionria. Como causas mais comuns pode-se citar:

perda de linha de transmisso, sada de unidades geradoras, chaveamentos de bancos

1 Esta ser a referncia bsica adotada no decorrer do trabalho. Quando conveniente outras referncias sero citadas.


de capacitores, curto-circuito nos sistemas eltricos, operao de cargas com

caractersticas no-lineares, etc.

Quanto ao nvel da QE requerido, este que possibilita uma devida operao

do equipamento em determinado meio para o qual foi projetado. Usualmente, h

padro muito bem definido de medidas para a tenso, de onde convencionalmente

associa-se a QE qualidade de tenso, j que o fornecedor de energia pode somente

controlar a qualidade da tenso, mas no tem controle sobre a corrente que cargas

particulares e ou especficas podem requerer. Portanto, o padro aceito com respeito

QE direcionado a manter o fornecimento de tenso dentro de certos limites.

No passado, os problemas causados pela m qualidade no fornecimento de

energia no eram to expressivos, visto que, os equipamentos existentes eram pouco

sensveis aos efeitos dos fenmenos ocorridos e no se tinham instalados, em

grandes quantidades, dispositivos que causavam a perda da qualidade da energia.

Entretanto, com o desenvolvimento tecnolgico, principalmente da eletrnica de

potncia, consumidores e concessionrias de energia eltrica tm-se preocupado

muito com a qualidade da energia. Isto se justifica, principalmente, pelos seguintes

motivos:

Os equipamentos hoje utilizados so mais sensveis s variaes na qualidade da energia. Muitos deles possuem controles baseados em

microprocessadores e dispositivos eletrnicos sensveis a muitos tipos de

distrbios;

O crescente interesse pela racionalizao e conservao da energia eltrica, com vistas a otimizar a sua utilizao, tem aumentado o uso de

equipamentos que, em muitos casos, aumentam os nveis de distores

harmnicas e podem levar o sistema a condies de ressonncia;

Maior conscientizao dos consumidores em relao aos fenmenos ligados qualidade da energia, visto que aqueles, esto se tornando mais

informados a respeito de fenmenos como interrupes, subtenses,

transitrios de chaveamentos, etc., passando a exigir que as concessionrias

melhorem a qualidade da energia fornecida;

Integrao dos processos, significando que a falha de qualquer componente tem conseqncias muito mais importantes para o sistema eltrico;


As conseqncias da qualidade da energia sobre a vida til dos componentes eltricos.

A ttulo de esclarecimento, a Figura 2 ilustra um levantamento feito nos EUA,

mostrando o crescimento das cargas eletrnicas em relao potncia instalada de

um sistema tpico, com previso at o ano 2000 [Projeto SIDAQEE2].

250

200

150

100

50

01960 1970 1980 1990 2000

Ano

Concessionria Cargas Eletrnicas

Potncia Instalada [GW]

Figura 2- Crescimento de cargas eletrnicas

Para exemplificar os impactos econmicos da qualidade da energia, a Figura

3 mostra os custos associados a interrupes eltricas de at 1 minuto para diferentes

setores econmicos.

2 Todas as ilustraes apresentadas neste documento foram obtidas do projeto referenciado.


Figura 3 - Custo estimado - Interrupo de at 1 min

Dentro do exposto, fica evidente a importncia de uma anlise e diagnstico

da qualidade da energia eltrica, no intuito de determinar as causas e as

conseqncias dos distrbios no sistema, alm de apresentar medidas tcnicas e

economicamente viveis para solucionar o problema.

1.3 O controle da qualidade da energia eltrica

O texto apresentado a seguir foi retirado do trabalho: Continuidade nos

Servios de Distribuio de Energia Eltrica, Conj. & Planej., Salvador: SEI, n.

105, p. 36-40, Fev 2003 (Csar D. A. Belisrio, Daniella A. Bahiense e Gec M.

Oliveira).

A qualidade do setor eltrico de distribuio em especfico a performance

das concessionrias no fornecimento de energia eltrica; seus parmetros so: a

conformidade, o atendimento ao consumidor e a continuidade.

Esses parmetros so pontos bsicos para a definio dos diversos critrios de

localizao e arranjo das subestaes, de critrios de escolha dos materiais e

equipamentos de controle e proteo, regulao, e configurao da rede de

distribuio.

A conformidade est relacionada com os fenmenos associados forma de

onda de tenso, tais como: flutuaes de tenso, distores harmnicas e variaes

momentneas de tenso.

O atendimento abrange a relao comercial existente entre as concessionrias

e o consumidor, considera a cortesia, o tempo de atendimento, s solicitaes de

servios, o grau de presteza e o respeito aos direitos do consumidor.

A continuidade corresponde ao grau de disponibilidade de energia eltrica ao

consumidor. O ideal que no haja interrupo no fornecimento de energia eltrica,

ou, se houver, que seja a mnima possvel e informada ao consumidor em tempo

hbil, a fim de prevenir possveis prejuzos decorrentes da falta de energia. Dentre os

parmetros de qualidade podemos considerar a continuidade o de maior relevncia,

porque afeta o cotidiano das pessoas e causa grandes transtornos por comprometer

servios essenciais.


1.3.1 Continuidade de fornecimento

Como anteriormente comentado, o controle da qualidade depende da

definio apropriada de indicadores que representem o desempenho dos servios

prestados pelas concessionrias de energia. No que se refere continuidade, os

indicadores utilizados permitem o controle e monitorao do fornecimento de

energia eltrica, a comparao de valores constatados ao longo de perodos

determinados e, a partir de metas de qualidade definidas, a verificao do resultados

atingidos.

Os indicadores, alm de refletirem os nveis de qualidade, possibilitam a

imposio de limites aceitveis de interrupo de fornecimento. Esses ndices so

ainda utilizados pelas concessionrias de energia eltrica como valores de referncia

para os processos de deciso nas etapas de planejamento, projeto, construo,

operao e manuteno do sistema eltrico de distribuio.

Em um contexto nacional, a ANEEL (Agncia Nacional de Energia Eltrica)

tem o papel de promover a qualidade da energia, regulamentar os padres e garantir

o atendimento aos mesmos, estimular melhorias, zelar direta e indiretamente pela

observncia da legislao, punir quando necessrio, e tambm definir os indicadores

para acompanhamento do desempenho das concessionrias. Cabe tambm ao rgo

regulador estabelecer metas de melhoria de continuidade mediante contratos e/ou

negociao com as concessionrias.

A Portaria 046/78, do antigo DNAEE (Departamento Nacional de guas e

Energia Eltrica), estabeleceu os primeiros dispositivos do controle da continuidade,

os quais, com a evoluo do setor tornaram-se insuficientes. A implantao do novo

modelo do setor eltrico configurou um monoplio natural regulado no segmento de

distribuio, reforando ainda mais a necessidade de apurao dos controles sobre a

qualidade. A regulao pelo preo em vigor incentiva a assimetria de informao,

pois as concessionrias no tm estmulos para fornecer dados relativos aos seus

custos. Como o nvel de qualidade implica em custos, a tendncia das

concessionrias manter esse nvel no menor patamar possvel, de modo a

maximizar seus ganhos, correspondentes margem entre o preo do servio e o


custo. Esses fatos, aliados evoluo dos recursos tecnolgicos, tornaram imperativa

a reviso desta portaria.

Com a finalidade de atingir este objetivo foi editada a Resoluo no 024/2000

da ANEEL, que introduziu novos avanos, e reformulou os procedimentos de

controle de qualidade sobre os aspectos da continuidade.

Entre as medidas mais significativas esto a criao de procedimentos

auditveis, a uniformizao do mtodo de coleta de dados e registros dos mesmos, a

forma de apresentao e a periodicidade do envio destes a ANEEL, de modo a

possibilitar a anlise e acompanhamento dos mesmos.

Outra melhoria foi introduo dos indicadores individuais, que tornou

possvel a avaliao das ocorrncias de interrupo por unidade consumidora, o

acompanhamento da agncia reguladora e tambm do prprio consumidor.

Atualmente esses ndices podem ser solicitados s concessionrias. Entretanto, a

partir de janeiro de 2005 ser obrigatrio incluso destes dados na fatura.

A apurao dos dados de interrupo para os indicadores so realizadas com

periodicidade mensal, trimestral e anual.

Foram introduzidos novos critrios de formao de grupo de consumidores de

caractersticas semelhantes e contguos, geralmente pertencentes a uma determinada

rea de uma concessionria, que possibilitou o atendimento homogneo. Esses

conjuntos foram propostos pelas concessionrias a ANEEL, que aps anlise e

aprovao, gerou uma resoluo especfica para cada concessionria com dados

validados.

Na resoluo, estabeleceram-se padres de referncia baseados no

levantamento de dados histricos de cada concessionria e a comparao destes entre

as diversas empresas.

O desenvolvimento de tcnicas de comparao de desempenho entre as

empresas de distribuio permitiu a formulao desses novos padres e o

estabelecimento de metas de melhoria dos ndices de continuidade.

As metas para os indicadores de continuidade individuais, coletivos (para

cada conjunto de unidades consumidoras), ou globais (para o total da concessionria)

foram definidas atravs de negociao entre as concessionrias e a ANEEL. Foram

estabelecidas por concessionrias, com base nos valores histricos dos indicadores

para os agrupamentos de consumidores, na anlise comparativa de desempenho das


empresas e nas metas de contratos de concesso, quando existentes. Essas metas so

possveis de renegociao quando das revises tarifrias.

Dos avanos obtidos pela resoluo, podemos ainda ressaltar a exigncia do

envio dos indicadores a ANEEL, a imposio de penalidade por descumprimento das

metas, o estabelecimento de prazos para o aviso de interrupo aos consumidores

com a antecedncia necessria e a obrigatoriedade da informao dos indicadores na

fatura. Tambm se determinou a disponibilizao do servio de atendimento gratuito

e permanente para o registro de reclamaes dos consumidores e as solicitaes de

providncias para servios emergenciais.

Os ndices de continuidade adotados pelo rgo regulador so:

A. Coletivos

a) DEC: Durao equivalente de interrupo por unidade

consumidora

b) FEC: Freqncia equivalente de interrupo por unidade

consumidora

B. Individuais

a) DIC: Durao de interrupo individual por unidade consumidora

b) FIC: Freqncia de interrupo individual por unidade

consumidora

c) DMIC: Durao mxima de interrupo contnua por unidade

consumidora

Os indicadores coletivos so particularmente teis agncia reguladora para

atender suas necessidades de avaliao das concessionrias, enquanto os individuais

servem mais especificamente ao interesse dos consumidores para avaliar o seu

atendimento pela distribuidora.

Nas apuraes dos indicadores acima todas as concessionrias devem

considerar interrupes iguais ou maiores que 3 (trs) minutos, e quando j estiver

previsto no contrato de concesso, apurao com interrupes iguais ou maiores que

1 (um) minuto, ser apurado das duas formas. A partir de 2005 todas as empresas

devero considerar somente as interrupes com intervalos iguais ou maiores que 1

(um) minuto, isto permite uma adequao de todas as distribuidoras ao padro nico

de 1 (um) minuto no decorrer deste prazo, j que historicamente a maioria delas

trabalhavam com interrupes iguais ou maiores a 3 (trs) minutos.


1.3.2 Evoluo do desempenho da continuidade

Em quatro anos de atuao da ANEEL, o padro de continuidade do servio

de energia eltrica apresentou um ganho de eficincia significativo. No Brasil, no

ano de 1997, registrou-se um DEC de 27,19% horas e um FEC de 21,68

interrupes. Em 2001, esses valores foram de 9,05 horas e de 7,86 interrupes.

Nas figuras 4 e 5 podem-se verificar as mdias dos indicadores DEC e FEC

para o estado da Bahia (COELBA Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia)

comparadas com os valores do Brasil. No Brasil, no perodo de 1996 a 2001, houve

uma reduo dos DEC e FEC, em cerca de 65% horas e 64% interrupes, enquanto

na Bahia, neste mesmo perodo, a reduo destes ndices ficou em cerca de 25%

horas e 8% de interrupes.

notria a ocorrncia de uma reduo acentuada nesses ndices a partir da

introduo da resoluo no 24/00. No Brasil, no perodo aps a implantao da

ANEEL, at antes da vigncia da referida resoluo, ou seja, at o ano de 1999,

houve uma reduo dos DEC e FEC em cerca de 27% e 19% respectivamente,

enquanto na Bahia, neste mesmo perodo, a reduo destes ndices ficou em cerca de

21% e 8%. Aps a implantao da resoluo, entre 2000 a 2001, no Brasil o DEC e

FEC ficaram com uma reduo de 48%, e na Bahia uma reduo no DEC de 13%,

porm com um ligeiro aumento no FEC de 4,83%.

A ANEEL vem implantando um sistema de monitorao da qualidade da

energia eltrica, que dar agncia acesso direto e automtico s informaes sobre

a qualidade no fornecimento, sem que dependa de dados encaminhados pelas

empresas. Por via telefnica o sistema permite imediata recepo dos dados sobre

interrupo e restabelecimento do fornecimento de energia eltrica e conformidade

dos nveis de tenso nos pontos em que os equipamentos de monitorao esto

instalados. Assim ele mede os indicadores da qualidade do servio prestado pelas

concessionrias de energia.

Com o sistema, a ANEEL faz, numa determinada amostragem, o

acompanhamento da qualidade de modo mais eficaz, alm de poder auditar os dados

fornecidos pelas concessionrias. Os indicadores apurados pelo sistema so: os de

interrupo (DEC, FEC, DIC e FIC) relativos durao e a freqncia por conjunto

de consumidores e por consumidor individual e os dados de nvel de tenso.


1.3.3 Comentrios finais

A Resoluo no 24 no esgota definitivamente o tema continuidade, devido

abrangncia e importncia do assunto.

Encontram-se em fase de elaborao, atravs de consulta pblica, uma minuta

de resoluo com o objetivo de alterar e complementar a resoluo em vigor,

considerando a necessidade de aperfeioar as regras estabelecidas.

importante considerar o dimensionamento adequado do nvel de qualidade

a ser alcanado, considerando o custo e o benefcio dos investimentos que

certamente ser bancado pela sociedade, no momento em que preciso ponderar se a

prioridade a melhoria dos ndices de continuidade ou, por exemplo, a

universalizao dos servios de eletricidade.

oportuno observar que o cenrio do setor eltrico aponta para uma matriz

energtica com uma maior participao de componentes de fonte de combustveis

fsseis e fontes alternativas, que representam, inicialmente, maiores custos para a

sociedade. Vale considerar que para atender a universalizao sero necessrios

grandes esforos em termos de investimentos.

Na medida em que a regulamentao existente sinaliza a adoo de metas de

continuidade gradativamente mais exigentes, haver sempre uma tendncia das

concessionrias em adicionar aos investimentos uma sofisticao maior na qualidade

dos materiais e padres de instalao, e isto principalmente na rea rural, onde se d

expanso das redes eltricas.

Certamente, todos os consumidores merecem o mesmo nvel de qualidade.

Porm, cabe avaliar se num mesmo momento melhor utilizar um padro de

continuidade menos exigente, do que o prolongamento da excluso dos benefcios da

energia eltrica de uma parcela da sociedade.

O desafio atual do setor eltrico, no que tange ao controle da qualidade de

distribuio, encontrar padres e metas para seus indicadores, que possam redundar

em melhoria nos servios de distribuio, sem com isso criar barreiras expanso do

setor.


1.4 Termos e definies O objetivo desta seo o de apresentar as definies aceitas para muitos dos

termos encontrados na literatura nacional e internacional relacionados qualidade da

energia. Esta apenas se refere definies bsicas, tendo como intuito de apenas

despertar ou formar uma idia inicial a respeito do assunto. Termos como os que

seguem so empregados em uma variedade de diferentes documentos e esto

freqentemente sujeitos a confuses. Definies mais precisas, quando convenientes,

sero posteriormente apresentadas.

Afundamento (Dip ou Sag): qualquer decrscimo na tenso de pequena durao

(menor do que 1 minuto).

Carga Crtica (Critical Load): dispositivos ou equipamentos identificados como

importantes ou essenciais para a segurana de pessoas ou para a situao econmica

do comrcio/indstria.

Distoro da Forma de Onda (Waveform Distortion): qualquer variao na

qualidade da energia representada nas formas de ondas das tenses e correntes

trifsicas.

Distoro Harmnica (Harmonic Distortion): alterao na forma padro da tenso

ou corrente (onda senoidal) devido a um equipamento gerando freqncias diferentes

das de 60 ciclos por segundo.

Elevao (Swell): qualquer aumento de tenso de pequena durao (menor do que

um minuto) .

Interrupo (Interruption ou Outage): completa perda da energia eltrica

Interrupo Momentnea (Momentary Outage): uma pequena interrupo na

energia permanecendo entre 1/30 (dois ciclos) de um segundo a 3 segundos.

Distrbio (Disturbance): uma variao de tenso. Comumente, aps a operao

incorreta de determinado equipamento eltrico, por razes desconhecidas, o seu mal

funcionamento ser relacionado ao distrbio de tenso.

Oscilao ou Tremulao (Flicker): variao de tenso de pequena durao, mas

longa o necessrio para ser percebida pelos olhos humanos como uma oscilao de

tenso.


Rudo (Noise): qualquer sinal eltrico indesejado de alta freqncia que altera a

forma de tenso padro (onda senoidal).

Sobretenso (Overvoltage): aumento do nvel de tenso acima do normal (10% ou

mais), com durao superior a um minuto.

Subtenso (Drop ou Undervoltage): queda ou diminuio de tenso devido partida

de grandes motores ou perda de alimentadores ou transformadores sob carga.

Algumas vezes empregado para descrever afundamentos de tenso (voltage sags)

ou subtenses (undervoltages).

Tenso Nominal ou Normal (Nominal ou Normal Voltage): tenso nominal ou

normal contratada para um sistema de determinada classe de tenso.

Transitrio (Transient, Spike ou Surge): um aumento inesperado no nvel de tenso

que tipicamente permanece por menos do que 1/120 de um segundo.

1.5 Causas dos distrbios Alguns distrbios relacionados qualidade da energia originam-se do prprio

sistema da empresa. No entanto, as causas destes distrbios esto, geralmente, alm

do controle das empresas. Como por exemplo, aes provocadas pela ao da

natureza como: relmpagos, contato de galhos de rvores, ventos fortes, contatos de

animais, gelo, etc. Alm destes, temos os eventos de causas aleatrias como:

atividades de construo, acidentes envolvendo veculos motores, falhas de

equipamentos. Somando-se ainda, as operaes normais da empresa como

chaveamentos, operaes com bancos de capacitores e atividades de manuteno

tambm podem gerar situaes que venham a provocar determinados distrbios

sobre o sistema.

Para limitar estes tipos de distrbios sobre o sistema a um menor nmero

possvel de clientes, o sistema de distribuio das empresas emprega um

considervel nmero de dispositivos tais como circuitos disjuntores, circuitos

automticos de religamento, barramentos e seccionadores para auxiliar no isolamento

do defeito.

Uma grande percentagem dos distrbios relacionados qualidade da energia,

na realidade, originam-se, de uma maneira geral, de dentro das instalaes

industriais/comerciais.


Dos distrbios originados de dentro das instalaes dos usurios podemos

destacar como principais fontes:

a) nas instalaes comerciais: os sistemas de aquecimento ou resfriamento

de motores; elevadores; refrigeradores, lmpadas fluorescentes;

condutores inadequados e aterramentos imprprios; maquinrio de

escritrio (copiadoras, fax, impressoras a laser, etc.); circuitos

sobrecarregados e interferncia magntica.

b) nas instalaes industriais: reguladores de velocidade ajustvel;

capacitores para correo do fator de potncia; motores eltricos de

grande porte; geradores de emergncia; condutores inadequados e

aterramentos imprprios; circuitos sobrecarregados e interferncia

magntica.

1.6 Tipos de distrbios Os distrbios de energia podem ser originados tanto nos sistemas e /ou

equipamentos das empresas concessionrias como dos consumidores. Estes

distrbios podem ser classificados em categorias que podem variar quanto ao efeito,

durao e intensidade. A Tabela 1 que segue, ilustra as categorias mais comuns dos

distrbios, suas causas e algumas solues prticas.


TABELA 1 Categorias de classificao dos distrbios considerando-se o seu efeito, durao e intensidade sobre determinado sistema

Tipo do distrbio

Descrio Possveis causas Efeitos Solues

Interrupo de energia

Total interrupo do fornecimento de energia: Interrupo momentnea: permanece de 0,5 s at 3 s Interrupo temporria: permanece de 3 s at 1 min Interrupo permanente: permanece por um perodo superior a 1 min

Acidentes, aes da natureza, etc., os quais requerem a devida operao dos equipamentos da concessionria (fusveis, religadores, etc.) Curto circuitos internos requerendo a devida operao de disjuntores e fusveis ao nvel do consumidor.

Sada e/ou queda do sistema Perda de memria de controladores e computadores Avaria de hardware Avaria de produtos

Uninterruptible Power Supply (UPS) Suprimento de Fora ou Energia Ininterrompvel Gerador de emergncia (interrupo permanente)

Tipo do

distrbio Descrio Possveis causas Efeitos Solues

Transitrio Alteraes sbitas nas formas CA, resultando um abrupto, mas breve aumento da tenso

So causados por tempestades (relmpagos), operao de fusveis, religadores e disjuntores da concessionria Causas internas so a entrada ou sada de grandes equipamentos e chaveamento de capacitores

Erros de processamento e perda de dados. Queima de placas de circuitos, danos ao isolamento e avarias nos equipamentos eltricos

Pra-raios Uninterruptible Power Supply (UPS) Transformadores de isolao Transformador de tenso constante

Tipo do distrbio Descrio Possveis causas Efeitos Solues Afundamento/eleva

o Qualquer decrscimo (afundamento) ou aumento (elevao) na tenso por um perodo de tempo entre meio ciclo a 3s Afundamentos de tenso correspondem a

Parada ou partida de pesados (grandes) equipamentos Curto circuitos Falhas de equipamentos ou chaveamentos da concessionria

Perda de memria e erros de dados Parada de equipamentos Oscilaes luminosas Reduo da vida til e diminuio da

Uninterruptible Power Supply (UPS) Transformador de tenso constante Reguladores de tenso


87% de todos os distrbios observados em um sistema de energia (de acordo com estudos do Bell Labs).

velocidade e/ou parada de motores

Tipo do distrbio


Rudo Sinal eltrico de alta freqncia indesejvel que altera a forma de onda de tenso convencional (forma senoidal)

Interferncia da transmisso de rdio ou televiso Operao de equipamentos eletrnicos

Perda de dados e erros de processamento Recepo distorcida de udio e vdeo

Uninterruptible Power Supply (UPS) Transformadores de isolao Filtros de linha

Tipo do distrbio


Distoro harmnica

Alterao no padro normal da tenso (forma senoidal) devido a equipamentos gerando freqncias diferentes das de 60 ciclos por segundo

Dispositivos eletrnicos e cargas no lineares

Aquecimento de equipamentos e condutores eltricos Decrscimo do desempenho de motores Operao indevida dos disjuntores, rels ou fusveis

Filtros harmnicos Transformadores de isolao Melhoras nos condutores e aterramento Cargas isoladas Reatores de linha

Tipo do distrbio


Sub e Sobretenso

Qualquer alterao abaixo ou acima do valor nominal da tenso que persista por mais de um min

Sobrecarga nos equipamentos e condutores Flutuao de grandes cargas ou taps dos transformadores incorretamente ajustados Condutor desenergizado ou faltoso ou conexes eltricas indevidas

Ofuscamento ou brilho da luz Parada de equipamentos Sobreaquecimento de motores Vida ou eficincia reduzida dos equipamentos

Uninterruptible Power Supply (UPS) Transformadores de tenso constante Distribuio de equipamentos Motores de tenso reduzidas


A Tabela 2 mostra as categorias e caractersticas tpicas de fenmenos

eletromagnticos que contribuem para a perda da qualidade da energia em um

determinado sistema eltrico. Grande parte destes fenmenos j receberam

comentrios iniciais quando da apresentao da Tabela 1. Esta Tabela (2) estar

referenciada a todos os demais captulos que dizem respeito a cada fenmeno em

especfico. A mesma uma sntese de todos os distrbio que eventualmente possam

a vir a ocorrer sobre determinado sistema eltrico, trazendo as principais

caractersticas pelas quais os fenmenos so definidos.

No que segue, todos estes distrbios sero novamente apresentados,

procurando-se melhor caracteriz-los conforme o seu efeito, durao e intensidade

sobre determinado sistema eltrico.


Tabela 2 - Classes e caractersticas tpicas de fenmenos eletromagnticos nos sistema eltricos

Fenmeno Contedo Espectral Tpico

Durao Tpica

Amplitude de Tenso Tpica

Transitrios - Impulsivos

ns 5 ns < 50 ns s 1 s 50 ns - 1 ms ms 0,1 ms > 1 ms

- Oscilatrios Baixa Freqncia < 5 kHz 3 - 50 ms 0,4 p.u. Mdia Freqncia 5 500 kHz 20 s 0,4 p.u.

Alta Freqncia 0,5 - 5 MHz 5 s 0,4 p.u. Variaes de Curta Durao - Instantnea

Afundamento 0.5 - 30 ciclos 0,1 0,9 p.u. Elevao 0.5 - 30 ciclos 1,1 1,8 p.u.

- Momentnea Interrupo 0.5 ciclos -3 s < 0,1 p.u.

Afundamento 30 ciclos - 3 s 0,1 0,9 p.u. Elevao 30 ciclos - 3 s 1,1 1,4 p.u.

- Temporria Interrupo 3 s - 1 min < 0,1 p.u. Afundamento 3 s - 1 min 0,1 0,9 p.u.

Elevao 3 s - 1 min 1,1 1,2 p.u. Variaes de Longa Durao

Interrupo Sustentada > 1 min 0,0 p.u. Sub-tenso Sustentada > 1 min 0,8 0,9 p.u. Sobre-tenso Sustentada > 1 min 1,1 1,2 p.u.

Desequilbrio de Tenso RP 0,5 - 2% Distoro da Forma de Onda

Nvel CC RP 0 0,1% Harmnicos de ordem 0-100 RP 0 20%

Inter-Harmnicos 0 - 6 kHz RP 0 2% Notching RP

Rudo faixa ampla RP 0 1% Flutuao de Tenso < 25 Hz intermitente 0,1 - 7% Variao da Freqncia do

Sistema < 10 s

RP Regime Permanente


2 TRANSITRIOS

Conforme DUGAN et al. (1996), o termo transitrio tem sido aplicado a

anlise das variaes do sistema de energia para denotar um evento que

indesejvel, mas momentneo, em sua natureza. Ou ainda, entende-se por transitrios

eletromagnticos as manifestaes ou respostas eltricas locais ou nas adjacncias,

oriundas de alteraes sbitas nas condies operacionais de um sistema de energia

eltrica. Geralmente, a durao de um transitrio muito pequena, mas de grande

importncia, uma vez que os equipamentos presentes nos sistemas eltricos estaro

submetidos a grandes solicitaes de tenso e/ou corrente.

Os fenmenos transitrios podem ser classificados em dois grupos, os

chamados transitrios impulsivos, causados por descargas atmosfricas, e os

transitrios oscilatrios, causados por chaveamentos.

2.1 Transitrio impulsivo Um transitrio impulsivo uma sbita alterao no desejvel no sistema,

que se encontra em condio de regime permanente, refletido nas formas de ondas da

tenso e corrente, ou ambas, sendo unidirecional na sua polaridade (primeiramente

positivo ou negativo). Normalmente causado por descargas atmosfricas com

freqncias bastante diferentes daquela da rede eltrica. A Figura 6 ilustra uma

corrente tpica de um transitrio impulsivo, oriundo de uma descarga atmosfrica.

Os transitrios impulsivos so normalmente caracterizados pelos seus tempos

de aumento e decaimento, os quais podem ser revelados pelo contedo espectral do

sinal em anlise. Como exemplo, um transitrio impulsivo 1,2x50-s 2000-V nominalmente aumenta de zero at seu valor de pico de 2000 V em 1,2 s e decai a um valor mdio do seu pico em 50 s. Como anteriormente citado, a causa mais


comum de transitrios impulsivos a descarga atmosfrica. Devido alta freqncia

do sinal resultante, a forma dos transitrios impulsivos pode ser alterada rapidamente

pelos componentes do circuito e apresentar caractersticas significantes quando

observadas de diferentes partes do sistema de energia.

Figura 6 - Corrente transitria impulsiva oriunda de uma descarga atmosfrica

Por se tratarem de transitrios causados por descargas atmosfricas, de

fundamental importncia se observar qual o nvel da tenso no ponto de ocorrncia

da descarga.

Em sistemas de distribuio o caminho mais provvel para as descargas

atmosfricas atravs de um condutor fase, no primrio ou no secundrio, causando

altas sobretenses no sistema. Uma descarga diretamente na fase geralmente causa

flashover na linha prxima ao ponto de incidncia e pode gerar no somente um

transitrio impulsivo, mas tambm uma falta acompanhada de afundamentos de curta

durao e interrupes. Altas sobretenses transitrias podem tambm ser geradas

por descargas que fluem ao longo do condutor terra. Existem numerosos caminhos

atravs dos quais as correntes de descarga podem fluir pelo sistema de aterramento,

tais como o terra do primrio, o terra do secundrio e as estruturas do sistema de

distribuio. Os principais problemas de qualidade da energia causados por estas

correntes no sistema de aterramento so os seguintes:


Elevao do potencial do terra local, em relao a outros terras, em vrios kV. Equipamentos eletrnicos sensveis que so conectados entre duas

referncias de terra, tal como um computador conectado ao telefone atravs

de um modem, podem falhar quando submetidos aos altos nveis de

tenso.

Induo de altas tenses nos condutores fase, quando as correntes passam pelos cabos a caminho do terra.

Em se tratando de descargas em pontos de extra alta tenso, o surto se

propaga ao longo da linha em direo aos seus terminais podendo atingir os

equipamentos instalados em subestaes de manobra ou abaixadoras. Entretanto, a

onda de tenso ao percorrer a linha, desde o ponto de incidncia at as subestaes

abaixadoras para a tenso de distribuio, tem o seu valor de mximo

consideravelmente atenuado, e assim, consumidores ligados na baixa tenso no

sentiro os efeitos advindos de descargas atmosfricas ocorridas a nvel de

transmisso. Contudo, os consumidores atendidos em tenso de transmisso e

supostamente localizados nas proximidades do ponto de descarga, estaro sujeitos a

tais efeitos, podendo ocorrer danificao de alguns equipamentos de suas

respectivas instalaes.

2.2 Transitrio oscilatrio Tambm como para o caso anterior, um transitrio oscilatrio uma sbita

alterao no desejvel da condio de regime permanente da tenso, corrente ou

ambas, onde as mesmas incluem valores de polaridade positivos ou negativos.

caracterizado pelo seu contedo espectral (freqncia predominante), durao e

magnitude da tenso (Tabela 2). Estes transitrios so decorrentes da energizao de

linhas, corte de corrente indutiva, eliminao de faltas, chaveamento de bancos de

capacitores e transformadores, etc..

Um transitrio com um componente de freqncia primrio menor do que 5

kHz, e uma durao de 0,3 a 50 ms, considerado um transitrio oscilatrio de

baixa freqncia. Estes transitrios so freqentemente encontrados nos sistemas

de subtransmisso e de distribuio das concessionrias e so causados por vrios

tipos de eventos. O mais comum provem da energizao de uma banco de


capacitores, que tipicamente resulta em uma tenso transitria oscilatria com uma

freqncia primria entre 300 e 900 Hz. O pico da magnitude pode alcanar 2,0 p.u.,

mas tipicamente 1,3 a 1,5 p.u. com uma durao entre 0,5 e 3 ciclos dependendo do

amortecimento do sistema. A Figura 7 ilustra o resultado da simulao da

energizao de um banco de 600 kVAr na tenso de 13,8 kV.

(V) : t(s) (1)p2a

0 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m t(s)-12.5k

-10k

-7.5k

-5k

-2.5k

0

2.5k

5k

7.5k

10k

12.5k

15k

17.5k

20k

22.5k (V)

Figura 7 - Transitrio proveniente do chaveamento de um banco de capacitores

Transitrios oscilatrios com freqncias primrias menor do que 300 Hz

tambm podem ser encontrados em sistemas de distribuio. Estes so geralmente

associados com a ferroressonncia e a energizao de transformadores. Transitrios

envolvendo capacitores em srie podem ser includos nesta categoria. Estes ocorrem

quando o sistema responde pela ressonncia com componentes de baixa freqncia

na corrente de magnetizao do transformador (segunda e terceira harmnica) ou

quando condies no usuais resultam em ferroressonncia.

Oscilaes de ferroressonncia podem aparecer no TPC devido

possibilidade de uma capacitncia entrar em ressonncia com algum valor particular

de indutncia dos componentes que contem ncleo de ferro. Esta situao no

desejvel no caso dos TPCs, uma vez que informaes indesejveis poderiam ser

transferidas aos rels e aos instrumentos de medio.


A Figura 8 ilustra o fenmeno da ferroressonncia envolvendo um

transformador a vazio.

Figura 8 - Transitrio oscilatrio de baixa freqncia causado pelo fenmeno da ferroressonncia em um transformador a vazio

Um transitrio com componentes de freqncia entre 5 e 500 kHz, com uma

durao medida em microssegundos (ou vrios ciclos da freqncia principal),

referenciado como transitrio oscilatrio de mdia freqncia. Estes podem ser

causados pelo chaveamento de disjuntores para a eliminao de faltas e podem

tambm ser o resultado de uma resposta do sistema um transitrio impulsivo. A

ttulo de ilustrao, toma-se como referncia as Figuras 9 e 10, as quais ilustram um

circuito equivalente para o estudo de tenses transitrias de restabelecimento (TRV)

e a resposta do sistema operao do disjuntor respectivamente.


Figura 9 - Circuito equivalente para o estudo das tenses transitrias de

restabelecimento quando da eliminao de uma falta

Figura 10 - Sobretenso decorrente da eliminao de uma falta

Como se pode observar, na figura 10, o pico de tenso pode atingir, no

mximo, 2 vezes o valor de pico nominal. Estas sobretenses, como j foi dito para

transitrios de baixa freqncia, quando aplicadas a equipamentos, podem ocasionar

uma srie de efeitos indesejveis.

Transitrios oscilatrios com um componente de freqncia maior do que 500

kHz e com uma durao tpica medida em microssegundos (ou vrios ciclos da

freqncia principal) so considerados transitrios oscilatrios de alta

freqncia. Estes transitrios so freqentemente resultados de uma resposta local

do sistema a um impulso transitrio. Podem ser causados por descargas atmosfricas

ou por chaveamento de circuitos indutivos.

A desenergizao de cargas indutivas pode gerar impulsos de alta freqncia.

Apesar de serem de curta durao, estes transitrios podem interferir na operao de

cargas eletrnicas. Filtros de alta-frequncia e transformadores isoladores podem ser

usados para proteger as cargas contra este tipo de transitrio.

Considerando o crescente emprego de capacitores pelas concessionrias para

a manuteno dos nveis de tenso, e pelas indstrias com vistas correo do fator

de potncia, tem-se tido uma preocupao especial no que se refere possibilidade

de se estabelecer uma condio de ressonncia, devido s oscilaes de altas


freqncias, entre o sistema da concessionria e a indstria, e assim ocorrer uma

amplificao das tenses transitrias, bem superiores s citadas anteriormente,

podendo atingir nveis de 3 a 4 p.u.

Um procedimento comum para limitar a magnitude da tenso transitria

transformar os bancos de capacitores do consumidor, utilizados para corrigir o fator

de potncia, em filtros harmnicos. Uma indutncia em srie com o capacitor

reduzir a tenso transitria na barra do consumidor a nveis aceitveis. No sistema

da concessionria, utiliza-se o chaveamento dos bancos com resistores de pr-

insero. Com a entrada deste resistor no circuito, o primeiro pico do transitrio, o

qual causa maiores prejuzos, significativamente amortecido.

Conforme apresentado, algumas tcnicas podem ser utilizadas na tentativa de

se reduzir os nveis dos transitrios causados seja por chaveamentos ou por

descargas atmosfricas. Entretanto, em alguns casos, como por exemplo, os

transitrios oriundos de surtos de chaveamento em redes de distribuio, podem ter

seu grau de incidncia e magnitudes reduzidas atravs de uma reavaliao das

filosofias de proteo e investimentos para melhorias nas redes. Esta ltima medida

visa o aumento da capacidade da rede, portanto, evitando que bancos de capacitores

venham a ser exigidos.


3 VARIAES DE LONGA DURAO NA TENSO

Dos problemas relacionados s variaes na tenso, citamos os efeitos de

longa durao por um perodo superior a 1 min, que podem ser caracterizados como

desvios que ocorrem no valor eficaz da tenso, na freqncia do sistema. Estas

variaes podem estar associadas sobre ou subtenso e faltas sustentadas. No caso

de sobre ou subtenso, geralmente, no resultam de falhas do sistema, mas so

causadas por variaes na carga e ou operaes de chaveamento sobre o mesmo. Tais

variaes so tipicamente apresentadas e analisadas como grficos do sinal de tenso

(rms root mean square) versus o tempo .

3.1 Sobretenso Podemos designar uma sobretenso como sendo um aumento no valor eficaz

da tenso CA, maior do que 110% (valores tpicos entre 1,1 e 1,2 p.u.) na freqncia

do sistema, por uma durao maior do que 1 min (Tabela 2). Sobretenses,

usualmente resultam do desligamento de grandes cargas ou energizao de um banco

de capacitores. Taps dos transformadores incorretamente conectados tambm podem

resultar em sobretenses no sistema.

Geralmente, so instalados nas indstrias bancos de capacitores, normalmente

fixos, para correo do fator de potncia ou mesmo para elevao da tenso nos

circuitos internos da instalao. Nos horrios de ponta, quando h grandes

solicitaes de carga, o reativo fornecido por estes bancos desejvel. Entretanto, no

horrio fora de ponta, principalmente no perodo noturno, tem-se um excesso de

reativo injetado no sistema, o qual se manifesta por uma elevao da tenso.

Com relao s conseqncias das sobretenses de longa durao, estas

podem resultar em falha dos equipamentos. Os dispositivos eletrnicos podem sofrer

danos durante condies de sobretenses, embora transformadores, cabos,

disjuntores, TCs, TPs e mquinas rotativas, geralmente, no apresentam falhas

imediatas. Entretanto, tais equipamentos, quando submetidos a repetidas

sobretenses, podero ter as suas vidas teis reduzidas. Rels de proteo tambm

podero apresentar falhas de operao durante as sobretenses. Uma observao


importante, diz respeito potncia reativa fornecida pelos bancos de capacitores, que

aumentar com o quadrado da tenso, durante uma condio de sobretenso.

Dentre algumas opes para a soluo de tais problemas, destaca-se a troca

de bancos de capacitores fixos por bancos automticos, tanto em sistemas das

concessionrias como em sistemas industriais, possibilitando um maior controle do

nvel da tenso e a instalao de compensadores estticos de reativos.

3.2 Subtenso J a subtenso apresenta caractersticas opostas, sendo que agora, um

decrscimo no valor eficaz da tenso AC para menos de 90% na freqncia do

sistema, tambm com uma durao superior a 1 min, caracterizado (Tabela 1).

As subtenses so decorrentes, principalmente, do carregamento excessivo de

circuitos alimentadores, os quais so submetidos a determinados nveis de corrente

que, interagindo com a impedncia da rede, do origem a quedas de tenso

acentuadas. Outros fatores que contribuem para as subtenses so: a conexo de

cargas rede eltrica, o desligamento de bancos de capacitores e, conseqentemente,

o excesso de reativo transportado pelos circuitos de distribuio, o que limita a

capacidade do sistema no fornecimento de potncia ativa e ao mesmo tempo eleva a

queda de tenso.

A queda de tenso por fase funo da corrente de carga, do fator de potncia

e dos parmetros R e X da rede, sendo obtidos atravs da equao (1).

V I(Rcos Xsen )= + (1) onde:

V- queda de tenso por fase; I - corrente da rede;

R - resistncia por fase da rede;

X - reatncia por fase da rede;

cos - fator de potncia. A partir da equao (1) pode-se concluir que aqueles consumidores mais distantes da subestao estaro submetidos a menores nveis de tenso. Alm disso,


quanto menor for o fator de potncia, maiores sero as perdas reativas na

distribuio, aumentando a queda de tenso no sistema.

Para evidenciar a influncia do fator de potncia na tenso, a Figura 11 ilustra

o perfil de tenso ao longo de um alimentador.

Dentre os problemas causados por subtenses de longa durao, destacam-se:

Reduo da potncia reativa fornecida por bancos de capacitores ao sistema;

Possvel interrupo da operao de equipamentos eletrnicos, tais como computadores e controladores eletrnicos;

Reduo de ndice de iluminamento para os circuitos de iluminao incandescente, conforme ilustra a Figura 12;

Elevao do tempo de partida das mquinas de induo, o que contribui para a elevao de temperatura dos enrolamentos e

Aumento nos valores das correntes do estator de um motor de induo quando alimentado por uma tenso inferior nominal, como mostra a Figura 13.

Desta forma tem-se um sobreaquecimento da mquina, o que certamente reduzir a

expectativa de vida til da mesma.

Distncia

0

-2

-4

-6

-8

[%]

Fp. Mdio=0.85 Fp. Mdio=0.7

V

Figura 11 - Perfil de tenso ao longo de um alimentador em

funo do fator de potncia.


Potncia Consumida [W]

Nominal Queda - 2.5% Queda - 5% Queda - 7.5% Queda - 10%0

20

40

60

80

100

120

Figura 12 - Potncia consumida por uma lmpada incandescente de 100W para

diferentes valores de tenso.

Elevao da Corrente [%]

Queda - 5% Queda - 10% Queda - 15%0

2

4

6

8

10

12

14

Figura 13 - Elevao de corrente num motor de induo de 5CV em funo da

tenso de alimentao.

Para minimizar estes problemas, as medidas corretivas geralmente envolvem

uma compensao da impedncia Z, ou a compensao da queda de tenso IR + jIX,

causada pela impedncia.

As opes para o melhoramento da regulao de tenso so:

instalar reguladores de tenso para elevar o nvel da tenso; instalar capacitores shunt para reduzir a corrente do circuito; instalar capacitores srie para cancelar a queda de tenso indutiva (IX); instalar cabos com bitolas maiores para reduzir a impedncia Z;


mudar o transformador de servio para um de capacidade maior reduzindo assim a impedncia Z; e

instalar compensadores estticos de reativos, os quais tem os mesmos objetivos que os capacitores, para mudanas bruscas de cargas.

Existe uma variedade de dispositivos usados para regulao de tenso. Tais

dispositivos so tipicamente divididos em trs classes:

Transformadores de tap varivel: Existem transformadores de tap varivel com acionamento mecnico ou eletrnico. A maioria destes so do tipo

autotransformador, embora existam numerosas aplicaes de

transformadores de dois e trs enrolamentos com comutadores de tap. Os

do tipo mecnico so para cargas que variam lentamente, enquanto que os

eletrnicos podem responder rapidamente s mudanas de tenso.

Dispositivos de isolao com reguladores de tenso independentes: Dispositivos de isolao incluem sistemas UPS (Uninterruptible Power

Supply), transformadores ferroressonantes (tenso constante), conjuntos

M-G, etc. Estes so equipamentos que isolam a carga da fonte de

suprimento atravs de algum mtodo de converso de energia. Assim, a

sada do dispositivo pode ser separadamente regulada e manter constante a

tenso, desprezando as variaes provenientes da fonte principal.

Dispositivos de compensao de impedncia: Capacitores shunt ajudam a manter a tenso pela reduo da corrente de linha ou atravs da

compensao de circuitos indutivos. Estes capacitores podem ser fixos ou

chaveados dependendo do tipo e da necessidade do sistema. Capacitores

em srie so relativamente raros, mas so muito teis em algumas cargas

impulsivas como britadeiras, etc. Estes capacitores compensam grande

parte da indutncia dos sistemas. Se o sistema altamente indutivo, a

impedncia significativamente reduzida. Se o sistema no altamente

indutivo, mas tem uma alta proporo de resistncia, os capacitores srie

no sero muito efetivos. Compensadores estticos de reativos podem ser

aplicados tanto em sistemas das concessionrias como industriais. Eles

ajudam a regular a tenso pela rpida resposta ao suprir ou consumir

energia reativa. Existem trs tipos principais de compensadores estticos


de reativos: o reator controlado a tiristor, o capacitor chaveado a tiristor e

o reator a ncleo saturado. Estes equipamentos so muito usados em

cargas geradoras de oscilaes (flicker), tais como fornos a arco e em

outras cargas que variam randomicamente.

3.3 Interrupes sustentadas Quando o fornecimento de tenso permanece em zero por um perodo de

tempo que excede 1 min, a variao de tenso de longa durao considerada como

uma interrupo sustentada. As interrupes maiores do que 1 mim so

geralmente permanentes e requerem interveno humana para reparar e retornar o

sistema operao normal no fornecimento de energia (Tabela 2).

As interrupes sustentadas podem ocorrer de forma inesperada ou de forma

planejada. A maioria delas ocorre inesperadamente e as principais causas so falhas

nos disjuntores, queima de fusveis; falha de componentes de circuito alimentador,

etc. J as interrupes planejadas so feitas geralmente para executar manuteno na

rede, ou seja, servios como troca de cabos e postes, mudana do tap do

transformador, alterao dos ajustes de equipamentos de proteo, etc.

Seja a interrupo de natureza sustentada ou inesperada, o sistema eltrico

deve ser projetado e operado de forma a garantir que:

o nmero de interrupes seja mnimo; uma interrupo dure o mnimo possvel e o nmero de consumidores afetados seja pequeno. Ao ocorrer uma falta de carter permanente, o dispositivo de proteo do

alimentador principal executa 3 ou 4 operaes na tentativa de se restabelecer o

sistema, at que o bloqueio definitivo seja efetuado. A durao desta interrupo

pode atingir de vrios minutos a horas (em mdia 2 horas), dependendo do local da

falta, do tipo de defeito na rede e tambm da operacionalidade da equipe de

manuteno. Em redes areas, a localizao do defeito no demora muito tempo, ao

passo que em redes subterrneas necessita-se de um tempo considervel, o que

contribui para o comprometimento da qualidade do fornecimento. Entretanto, a

probabilidade de ocorrer uma falta em redes subterrneas muito menor do que em

redes areas.


A conseqncia de uma interrupo sustentada o desligamento dos

equipamentos, exceto para aquelas cargas protegidas por sistemas no-breaks ou

por outras formas de armazenamento de energia. Como j foi colocado

anteriormente, no caso de interrupes de curta durao, o desligamento de

equipamentos acarreta grandes prejuzos s indstrias. No caso de interrupo

sustentada o prejuzo ainda maior, visto que o tempo de durao da interrupo

muito grande, comparado com o da interrupo de curta durao, retardando a

retomada do processo produtivo.


4 VARIAES DE TENSO DE CURTA DURAO

Estas variaes podem ser designadas como instantneas (afundamentos e

elevaes de 0,5 a 30 ciclos), momentneas (interrupes de 0,5 a 3 s e

afundamentos/elevaes de 30 ciclos a 3 s), ou temporrias (interrupes e

afundamentos/elevaes de 3 s a 1 min), conforme definido na Tabela 2. Variaes

de tenso de curta durao so causadas por condies de faltas, energizao de

grandes cargas que requerem altas correntes de partida, ou a perda intermitente de

conexes nos cabos do sistema. Dependendo da localizao da falta e das condies

do sistema, a falta pode ou causar um decrscimo da tenso (afundamento) ou um

aumento da tenso (elevao), ou ainda, a completa perda da tenso (interrupo). A

condio de falta pode estar prxima ou longe do ponto de interesse. Em ambos os

casos, o impacto da tenso durante a condio de falta, uma variao de curta

durao at que os dispositivos de proteo operem para limpar a falta.

4.1 Interrupes de curta durao Uma interrupo ocorre quando o fornecimento de tenso ou corrente de

carga decresce para um valor menor do que 0,1 p.u. por um perodo de tempo que

no excede 1 mim.

As interrupes podem ser resultantes de faltas no sistema de energia, falhas

nos equipamentos e mal funcionamento de sistemas de controle. As interrupes so

medidas pela sua durao desde que a magnitude da tenso sempre menor do que

10% da nominal. A durao de uma interrupo, devido a uma falta sobre o sistema

da concessionria, determinado pelo tempo de operao dos dispositivos de

proteo empregados. Religadores programados para operar instantaneamente,

geralmente, limitam a interrupo a tempos inferiores a 30 ciclos. Religadores

temporizados podem originar interrupes momentneas ou temporrias,

dependendo da escolha das curvas de operao do equipamento. A durao de uma

interrupo devido ao mal funcionamento de equipamentos irregular.

Algumas interrupes podem ser precedidas por um afundamento de tenso

(item 4.2) quando estas so devidas a faltas no sistema supridor. O afundamento


ocorre no perodo de tempo entre o incio de uma falta e a operao do dispositivo de

proteo do sistema. A Figura 14 mostra uma interrupo momentnea devido a um

curto-circuito, sendo precedida por um afundamento. Observa-se que a tenso cai

para um valor de 20%, com durao de 3 ciclos e, logo aps, ocorre perda total do

suprimento por um perodo de 1,8 s at a atuao do religador.

Figura 14 - Interrupo momentnea devido a um curto-circuito e

subseqente religamento

Seja, por exemplo, o caso de um curto-circuito no sistema supridor da

concessionria. Logo que o dispositivo de proteo detecta a corrente de curto-

circuito, ele comanda a desenergizao da linha com vistas a eliminar a corrente de

falta. Somente aps um curto intervalo de tempo, o religamento automtico do

disjuntor ou religador efetuado. Entretanto, pode ocorrer que, aps o religamento, o

curto persista e uma seqncia de religamentos pode ser efetuada com o intuito de

eliminar a falta. A Figura 15 ilustra uma seqncia de religamentos com valores

tpicos de ajustes do atraso.


Isc 30 5 15 30 Ciclos Segundos Segundos Segundos

Figura 15 - Seqncia de manobras efetuadas por

dispositivos automticos de proteo

Sendo a falta de carter temporrio, o equipamento de proteo no

completar a seqncia de operaes programadas e o fornecimento de energia no

interrompido. Assim, grande parte dos consumidores, principalmente em reas

residenciais, no sentiro os efeitos da interrupo. Porm, algumas cargas mais

sensveis do tipo computadores e outras cargas eletrnicas estaro sujeitas a tais

efeitos, a menos que a instalao seja dotada de unidades UPS (Uninterruptible

Power Supply), as quais evitaro maiores conseqncias na operao destes

equipamentos, na eventualidade de uma interrupo de curta durao.

Alguns dados estatsticos revelam que 75% das faltas em redes areas so de

natureza temporria. No passado, este percentual no era considerado preocupante.

Entretanto, com o crescente emprego de cargas eletrnicas, como inversores,

computadores, videocassetes, etc., este nmero passou a ser relevante nos estudos de

otimizao do sistema, pois , agora, tido como responsvel pela sada de operao

de diversos equipamentos, interrompendo o processo produtivo e causando enormes

prejuzos s indstrias.

Atentos a este problema, algumas concessionrias tm mudado a filosofia de

proteo com o objetivo de diminuir o nmero de consumidores afetados pelas

interrupes. Na filosofia de proteo coordenada, o dispositivo de proteo do

alimentador principal, seja o religador ou o disjuntor, sempre opera uma ou duas


vezes antes da operao do dispositivo jusante, geralmente, um fusvel. Como pode

ser observado na Figura 16, nesta filosofia, todos os consumidores do alimentador

sentiriam as curtas interrupes, fazendo aumentar o ndice de freqncia de

interrupo por consumidor (FEC), o qual monitorado pelas concessionrias.

Ramal

Alim. Principal

RamalDefeituoso

Figura 16 - Diagrama unifilar de um sistema de distribuio,

nova filosofia de proteo

4.2 Afundamento de tenso Dependendo da localizao da falta e das condies do sistema, a falta pode

causar um decrscimo temporrio de 10-90% no valor eficaz da tenso do sistema

(0,1 e 0,9 p.u., na freqncia fundamental), podendo permanecer por um perodo de

meio ciclo at 1 min (Tabela 2). Afundamentos de tenso so usualmente associados

faltas no sistema (curtos-circuitos ocorridos nas redes de distribuio), mas podem

tambm ser causados pela energizao de grandes cargas ou a partida de grandes

motores e pela corrente de magnetizao de um transformador. Segundo a literatura

consultada (HUANG et al., 1998), quando a tenso do sistema cai de 30% ou mais, o

estado deste considerado crtico.

Dependendo da sua durao estes eventos podem estar associados a trs

categorias, sendo estas: instantneas, momentneas e temporrias, as quais

coincidem com as trs categorias das interrupes e elevaes j comentadas. Estes

tempos de permanncia sobre o sistema correspondem aos tempos de operao

tpicos dos dispositivos de proteo das concessionrias, to bem como as divises

recomendadas pelas organizaes tcnicas internacionais.


A Figura 16 ilustra uma subtenso de curta durao tpica, causada por uma

falta fase-terra. Observa-se um decrscimo de 80% na tenso por um perodo de

aproximadamente 3 ciclos, at que o equipamento de proteo da subestao opere e

elimine a corrente de falta. Neste caso, de acordo com a Tabela 2, a subtenso de

carter instantneo. Entretanto, as caractersticas e o nmero de subtenses diante de

uma determinada falta dependem de vrios fatores como: a natureza da falta, sua

posio relativa a outros consumidores ligados na rede e o tipo de filosofia de

proteo adotada no sistema.

Figura 16 Afundamento de tenso causado por uma falta fase-terra

Nesta situao, observa-se a concessionria afetando os consumidores.

Porm, pode ocorrer uma situao em que o curto-circuito se localize dentro de uma

instalao industrial ou comercial e, desta forma, venha a causar subtenses em

consumidores localizados em outros pontos da rede. Ressalta-se que, neste caso, as

quedas de tenso so de nveis menores devido impedncia do transformador de

entrada que limita a corrente de curto-circuito. Acrescenta-se ainda que, em

transformadores de conexo -Y, a corrente de seqncia zero, oriunda de faltas assimtricas, eliminada do circuito.


Para ilustrar a subtenso causada pela partida de um motor de induo e

comparar com o caso anterior, tem-se a Figura 17. Como de conhecimento, durante

a partida de um motor de induo, este absorve uma corrente de 6 a 10 vezes a

corrente nominal, resultando em uma queda significativa na tenso fornecida.

Observa-se que, neste caso, a tenso cai rapidamente para 0,8 p.u. e, num perodo de

aproximadamente 3 s, retorna ao seu valor nominal.

Figura 17 Afundamento de tenso causado pela partida de um motor de induo

Como efeito destes distrbios tem-se, principalmente, a m operao de

equipamentos eletrnicos, em especial os computadores, que tem sido alvo de

preocupaes em rgos de pesquisa em qualidade da energia. Entretanto, determinar

os nveis de sensibilidade de tais equipamentos torna-se uma tarefa difcil, devido ao

grande nmero de medies necessrias para a coleta de dados, e ainda, as

dificuldades de se ter equipamentos de medio em condies reais de campo.

Os nveis de sensibilidade apresentados a seguir foram determinados a partir

de um estudo de casos realizado pelo EPRI (Electric Power Research Institute), com

exceo daqueles referentes a computadores, os quais foram estabelecidos pela ANSI


(American Nacional Standarsds Institute) e IEEE (Institute of Electrical and

Electronics Engineers) - (Projeto SIDAQEE): a) Controladores de resfriamento Estes apresentam uma sensibilidade muito grande as subtenses, quando

estas atingem nveis em torno de 80% da nominal, desconsiderando o

perodo de durao. Exemplos: torres de resfriamento e condensadores.

b) Testadores de chips eletrnicos Estes so muito sensveis s variaes de tenso e, devido complexidade

envolvida, freqentemente requerem 30 minutos ou mais para reiniciarem a

linha de testes. Tais testadores, compostos de cargas eletrnicas tipo:

impressoras, computadores, monitores, etc., normalmente saem de operao

se a tenso excursionar abaixo de 85% da nominal.

c) Acionadores CC So utilizados em grande escala em processos industriais, desta forma

importante que se mantenha uma qualidade no suprimento de energia destas

cargas. A partir de resultados preliminares de monitoraes, estes se

mostram sensveis quando a tenso reduzida para prximo de 88% da

nominal, ou seja, apresentam um alto nvel de sensibilidade.

d) PLCs Controladores Lgicos Programveis robustos, pertencendo, portanto, a uma

gerao mais antiga, admitem zero de tenso por at 15 ciclos. Porm, os

mais modernos, dotados de uma eletrnica mais sofisticada, comeam a

apresentar problemas na faixa de 50-60% da tenso nominal.

e) Robs Robs geralmente requerem uma tenso estritamente constante, para

garantir uma operao apropriada e segura. Portanto, estes tipos de

mquinas so freqentemente ajustadas para sarem de operao, ou

desconectadas do sistema de distribuio, quando a tenso atinge nveis de

90% da nominal.

f) Computadores Conforme mencionado anteriormente, os computadores configuram-se a

principal fonte de preocupao no que se refere as subtenses, uma vez que

os dados armazenados na memria podem ser totalmente perdidos em


condies de subtenses indesejveis. Assim, foi estabelecido pela

ANSI/IEEE, limites de tolerncia para computadores relativos a distrbios

no sistema eltrico. Estes trabalhos conduziram Figura 18, onde os nveis

de tenso abaixo da nominal representam os limites, dentro dos quais, um

computador tpico pode resistir a distrbios de subtenses sem apresentar

falhas. Nota-se que a suportabilidade de um computador grandemente

dependente do perodo de durao do distrbio.

0.001 0.50.01 1.00.1 6 10001003010Tempo em Ciclos (60 Hz)

106%

87%100

115%

30%0

200

Ten

so

[%]

400

Nvel de Tenso Passvel de Ruptura

300

Envoltria da Tenso deTolerncia do Computador

Falta de Energia deArmazenamento

Figura 18 - Tolerncias tpicas de tenso para computadores (curva CBEMA Computer Business Equipment Manufacturers Association)

g) Videocassetes, forno de microondas e relgios digitais Estas cargas so essencialmente domsticas e, de certa forma, apresentam-se

pouco sensveis s variaes de tenso, o que pode ser verificado atravs da

Figura 19.


0.1 1 10 100 1000Tempo em ciclos

0

20

40

60

80

100

Regio de M Operao: VCRs Fornos de Microondas Relgios Digitais

Ten

so

(% d

a N

omin

al)

Figura 19 - Limiares de tenso para operao segura de vdeos, microondas e

relgios digitais

Diante de tais problemas, as variaes de tenso constituem-se num

importante item de qualidade, merecendo ateno por parte das concessionrias,

fabricantes de equipamentos e consumidores, alm de pesquisadores da rea de

qualidade da energia eltrica.

Existem vrias medidas que podem ser tomadas no sentido de diminuir o

nmero e a severidade das subtenses de curta durao. Algumas destas so:

a) Utilizao de transformadores ferroressonantes, conhecidos tambm como CVTs (Constant Voltage Transformers)

Este equipamento pode contornar a maioria das condies de afundamentos. So utilizados especialmente para cargas com potncias constantes e de

pequenos valores. Transformadores ferroressonantes so basicamente

transformadores de relao de transformao 1:1, altamente excitados em

suas curvas de saturao, fornecendo assim uma tenso de sada que no

significativamente afetada pelas variaes da tenso de entrada. A Figura 20

ilustra um circuito tpico de transformadores ferroressonantes.


Figura 20 - Transformador ferroressonante

A Figura 21 mostra o melhoramento obtido em um controlador de processos

aumentando a sua capacidade de suportar afundamentos. O controlador de

processos pode suportar um afundamento abaixo de 30% da nominal

dispondo de um transformador ferroressonante de 120VA. Sem o seu uso,

este percentual fica em torno de 82%.

Com

Sem


Figura 21 - Melhoramento contra afundamentos atravs de um transformador ferroressonante.

b) Utilizao de UPSs Os tipos bsicos de UPSs (Uninterruptile Power Supply) fundamentam-se

nas operaes on-line e standby. A UPS hbrida, que corresponde a uma

variao da UPS standby, tambm pode ser usada para interrupes de

longa durao.

A Figura 22 mostra uma configurao tpica de uma UPS on-line. Nesta

topologia, onde a carga sempre alimentada atravs da UPS, tenso CA

de entrada convertida em tenso CC, a qual carrega um banco de baterias,

sendo esta ento, invertida novamente para tenso CA. Ocorrendo uma falha

no sistema CA de entrada, o inversor alimentado pelas baterias e continua

suprindo a carga.

Figura 22 - UPS on-line

Uma unidade UPS standby, mostrada na Figura 23, s vezes chamada de

UPS off-line, visto que o suprimento normal de energia usado para

energizar o equipamento at que um distrbio seja detectado. Uma chave

transfere a carga para o conjunto bateria-inversor.


Figura 23 - UPS Standby

Similarmente topologia standby, a unidade UPS hbrida utiliza um

regulador de tenso na sada para prover a regulao e manter

momentaneamente o suprimento, quando da transferncia de fonte

convencional para a fonte UPS. Este arranjo mostrado na Figura 24.

Figura 24 - UPS Hbrida. c) Utilizao de um dispositivo magntico supercondutor de

armazenamento de energia Este dispositivo utiliza um magneto supercondutor para armazenar energia

da mesma forma que uma UPS utiliza baterias. Os projetos na faixa de 1 a 5

MJ so chamados de micro-SMES (Superconducting Magnetic Energy

Storage). A principal vantagem deles a grande reduo do espao fsico

necessrio ao magneto, se esta soluo comparada ao espao para as

baterias. Os projetos iniciais dos micro-SMES esto sendo testados em

Banco


vrios locais nos EUA com resultados favorveis. A Figura 25 mostra um

diagrama on-line deste dispositivo.

Figura 25 - Diagrama on-line de um dispositivo supercondutor

de armazenamento de energia

d) Utilizao de mtodos de partida de motores

Dentre os mais utilizados pode-se citar os seguintes mtodos de partida:

- Partida suave (Soft Started);

- Partida por meio de autotransformadores;

- Partida por meio de resistncia e reatncia;

- Partida por meio de enrolamento parcial e

- Partida pelo mtodo estrela-tringulo.

e) Melhorar as prticas para o restabelecimento do sistema da

concessionria em caso de faltas Isto implica em adicionar religadores de linha, eliminar as operaes rpidas

de religadores e/ou disjuntores, adicionar sistemas do tipo Network e

melhorar o projeto do alimentador. Estas prticas podem reduzir o nmero


e/ou a durao de interrupes momentneas e afundamentos, mas as faltas

nos sistemas das concessionrias nunca podem ser eliminadas

completamente.

f) Adotar medidas de preveno contra faltas no sistema da

concessionria Estas medidas incluem atividades como poda de rvores, colocar pra-raios

de linha, manuteno dos isoladores, blindagem de cabos, modificar o

espaamento entre condutores e melhorar o sistema de aterramento.

4.3 Elevao de tenso Outro distrbio pode ser caracterizado por um aumento da tenso eficaz do

sistema (aumento este entre 10-80% da tenso, na freqncia da rede, com durao

de meio ciclo a 1 min, Tabela 2) ocorrendo freqentemente nas fases ss de um

circuito trifsico, quando da ocorrncia de um curto circuito em uma nica fase. O

termo sobretenso momentnea empregado por vrios autores como sinnimo

para o termo elevao de tenso.

Como para o item anterior, elevaes so usualmente associadas condies

de faltas no sistema, mas no so to comuns como afundamentos de tenso. Um

meio ilustrativo de como uma elevao pode ocorrer do aumento temporrio da

tenso em fases no faltosas durante uma falta envolvendo uma fase com conexo a

terra. A Figura 26 ilustra uma elevao de tenso causada por uma falta fase-terra.

Este fenmeno pode tambm estar associado sada de grandes blocos de cargas ou

a energizao de grandes bancos de capacitores, porm, com uma incidncia pequena

se comparada com as sobretenses provenientes de faltas fase-terra nas redes de

transmisso e distribuio.

As elevaes so caracterizadas pela sua magnitude (valor eficaz) e durao.

A severidade deste distrbio durante uma condio de falta uma funo da

localizao da falta, impedncia do sistema e do aterramento. Em um sistema no

aterrado com impedncia de seqncia zero infinita, as tenses fase terra das fases

no aterradas sero 1,73 por unidade durante uma condio de falta envolvendo uma

fase com conexo terra. Prxima a subestao em um sistema aterrado, haver um


pequeno ou nenhum aumento nas fases no faltosas porque o transformador da

subestao usualmente conectado em delta-estrela, provendo um baixo caminho de

impedncia de seqncia zero para a corrente de falta.

A durao da elevao est intimamente ligada aos ajustes dos dispositivos de

proteo, natureza da falta (permanente ou temporria) e sua localizao na rede

eltrica. Em situaes de elevaes oriundas de sadas de grandes cargas ou

energizao de grandes bancos capacitores, o tempo de durao das elevaes

depende do tempo de resposta dos dispositivos reguladores de tenso das unidades

geradoras, do tempo de resposta dos transformadores de tap varivel e da atuao

dos dispositivos compensadores de reativos e sncronos em sistemas de potncia e

compensadores sncronos que porventura existam.

Figura 26 - Elevao de tenso devido a uma falta fase-terra

Como conseqncia das elevaes de curta durao em equipamentos, pode-

se citar falhas dos componentes, dependendo da freqncia de ocorrncia do

distrbio. Dispositivos eletrnicos incluindo ASDs (Adjustable Speed Drivers),

computadores e controladores eletrnicos, podem apresentar falhas imediatas durante


estas condies. Contudo, transformadores, cabos, barramentos, dispositivos de

chaveamento, TPs, TCs e mquinas rotativas podem ter a vida til reduzida. Um

aumento de curta durao na tenso em alguns rels pode resultar em m operao

enquanto outros podem no ser afetados. Uma elevao de tenso em um banco de

capacitores pode, freqentemente, causar danos no equipamento. Aparelhos de

iluminao podem ter um aumento da luminosidade durante uma elevao.

Dispositivos de proteo contra surto como um circuito de fixao da amplitude

(clamping circuit) podem ser destrudos quando submetidos a elevaes que

excedam suas taxas de MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage).

Dentro do exposto, a preocupao principal recai sobre os equipamentos

eletrnicos, uma vez que estas elevaes podem vir a danificar os componentes

internos destes equipamentos, conduzindo-os m operao, ou em casos extremos,

completa inutilizao. Vale ressaltar mais uma vez que, a suportabilidade de um

equipamento no depende apenas da magnitude da elevao, mas tambm do seu

perodo de durao, conforme ilustra a Figura 18, a qual mostra a tolerncia de

microcomputadores s variaes de tenso.


5 DESEQUILBRIO DE TENSO

Desequilbrio de tenso muitas vezes definido como o desvio mximo dos

valores mdios das tenses ou correntes trifsicas, dividido pela mdia dos mesmos

valores, expresso em percentagem. O desequilbrio tambm pode ser definido

usando-se a teoria de componentes simtricos. A razo entre os componentes ou de

seqncia negativo ou zero, com o componente de seqncia positivo pode ser usado

para especificar a percentagem do desequilbrio.

As origens destes desequilbrios esto geralmente nos sistemas de

distribuio, os quais possuem cargas monofsicas distribudas inadequadamente,

fazendo surgir no circuito tenses de seqncia negativa. Este problema se agrava

quando consumidores alimentados de forma trifsica possuem uma m distribuio

de carga em seus circuitos internos, impondo correntes desequilibradas no circuito da

concessionria. Tenses desequilibradas podem tambm ser o resultado da queima

de fusveis em uma fase de um banco de capacitores trifsicos.

Tais fatores fazem com que a qualidade no fornecimento de energia,

idealizada pela concessionria, seja prejudicada e desta forma alguns consumidores

tm em suas alimentaes um desequilbrio de tenso, o qual se manifesta sob trs

formas distintas:

a) amplitudes diferentes;

b) assimetria nas fases; e

c) assimetria conjunta de amplitudes e fases.

Destas, apenas a primeira freqentemente evidenciada no sistema eltrico.

A instalao eltrica de um consumidor, sujeito a desequilbrios de tenso,

pode apresentar problemas indesejveis na operao de equipamentos, dentre os

quais destacam-se:

a) Motores de Induo: Para as anlises dos efeitos de tenses

desequilibradas aplicadas a um motor de induo, considera-se somente os efeitos

produzidos pelas tenses de seqncia negativa, somados aos resultados da tenso de

seqncia positiva. Os efeitos das tenses e correntes de seqncia zero no so

comumente considerados, visto que a maioria dos motores no possui caminho para a


circulao destas correntes, seja pela conexo estrela isolada ou em delta destes

motores.

Sabe-se que, quando tenses de seqncia negativa so aplicadas ao estator

do motor, surge um correspondente campo magntico que gira no sentido contrrio

ao campo da seqncia positiva, ou seja, contrrio ao sentido de rotao do rotor.

Assim, tem-se estabelecido uma indesejvel interao entre os dois campos, o que

resulta num conjugado pulsante no eixo da mquina.

A Figura 27 ilustra a curva do conjugado desenvolvido por um motor de

induo (20cv, 220V, Y), bem como a curva de conjugado de carga, quando

alimentado por tenses desequilibradas.

(N.m) : t(s) (1)t(mt_ind2.m1) (1)tc(mt_ind2.m1)

0 200m 400m 600m 800m 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 t(s)

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

(N.m)

Figura 27 - Resposta do motor alimentao desequilibrada

Ao mesmo tempo, as correntes de seqncia negativa causam um

sobreaquecimento da mquina. Isto pode ser evidenciado atravs da Figura 28, a qual

apresenta elevaes de temperatura tpicas para motores de induo quando estes so

submetidos a tenses desequilibradas. Como conseqncia direta desta elevao de

Conjugado do motor

Conjugado da carga


temperatura, tem-se a reduo da expectativa de vida til dos motores, visto que o

material isolante sofre uma deteriorao mais acentuada na presena de elevadas

temperaturas nos enrolamentos.

Desequilbrio [%]

Elevao da Temperatura [oC]100

80

60

40

20

0

Deseq. de Corrente Deseq. de Tenso

0 2 3,5 5

Figura 28 - Elevao de temperatura de um motor de induo trifsico para

diferentes nveis de desequilbrio

b) Mquinas sncronas: Como no caso anterior, a corrente de seqncia

negativa fluindo atravs do estator de uma mquina sncrona, cria um campo

magntico girante com velocidade igual do rotor, porm, no sentido contrrio ao de

rotao definido pela seqncia positiva. Conseqentemente, as tenses e correntes

induzidas nos enrolamentos de campo, de amortecimento e na superfcie do ferro do

rotor, tero uma freqncia igual a duas vezes da rede. Tais correntes aumentaro

significativamente as perdas no rotor,

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