DISTÚRBIOS DA ENERGIA

ELÉTRICA

Eng. Edson Martinho

2

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.

ELETRICIDADE

3

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.

QUALIDADE

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.

Qualidade de Energia

Variação de frequência

Afundamento e Elevação de tensão

Harmônica e

inter-harmônicas

Surto / Transitórios

Notching / Ruídos / Distúrbios

Desequilíbrio de tensão

ITENS QUE ESTÃO SOB O TERMO:

QUALIDADE DE ENERGIA

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

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 .

ANEEL- PRODIST- MÓDULO 8

DESAFIO NA GERAÇÃO DE ENERGIA

• Geração própria

Cogeração, Geradores, Nobreaks, Eólicos, Solar etc.

13

Sistema Interligado

Necessita de excelente qualidade de energia

TRANSMISSÃO

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.

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

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.

Loggers: registra medições de QE (mínimo, máximo, média). Os

resultados medidos podem ser analisados e podem ser criados

relatórios no computador.

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

• Economia ao cuidar da qualidade da energia:

– Redução de paradas

– Economia de energia elétrica

– Redução de insumos

Cuidando da qualidade da

energia

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

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

Fator Fh para determinação I neutro

QUALIDADE DE ENERGIA

MEDIÇÃO, REGISTRO E

ANÁLISE

435 Série II

• 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.

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

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

38

Banco de capacitores

Carga de iluminação

Ponto de conexão AT

Motores de indução

Circuitos de tomadas

Quadro Geral

CCM

QDL

QDT

Wh

Instalação elétrica típica

39

Ponto de conexão AT

Quadro Geral

CCM

QDL

QDT

Wh

THD e Vh Desequilíbrio

VTDC Transitórios

Monitoração do ponto de entrega

40

Banco de capacitores

Motores de indução

Quadro Geral

CCM

QDL

QDT

Wh

THD, Vh e Ih K-factor

Desequilíbrio VTCD

Transitórios

Monitoração do circuito de motores

41

Carga de iluminação

Circuitos de tomadas

Quadro Geral

CCM

QDL

QDT

Wh

Irms neutros

K-factor

Monitoração do circuito de iluminação e tomadas Pst

42

Banco de capacitores

Carga de iluminação

Motores de indução

Circuitos de tomadas

Quadro Geral

CCM

QDL

QDT

Wh

THD, Vh, Ih K-factor

PF Desequilíbrio

Monitoração do ponto de faturamento

Alguns cases e aplicações

de soluções para

problemas de qualidade da

energia

44

Casos Práticos: Condomínio Comercial-SP

Fator de potência corrigido no filtro 3 Com o filtro ativado

Sem o filtro

Sem o filtro

9 elevadores variando torque

e velocidade

Um filtro ativo de 50amperes

para cada

Melhora total da instalação

do condomínio

45

Casos Práticos: Jornal - Rotativas

46

Casos Práticos: Laminados

Conteúdo THD de

corrente sem filtro

coma corrente total

Total de THD da

corrente corrigida e

redução da corrente

total RMS

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 m2

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%

50

QUAL O PROBLEMA ENTÃO?

Justificar junto à Gerência e

Departamento de Compras?

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

LITERATURA NACIONAL Infraestrutura Elétrica para Rede de

Computadores : Jose Mauricio Pinheiro Editora Ciência Moderna

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

OBRIGADO!

Edson Martinho edson@lambdaconsultoria.com.br

Curta minha Fan Page

www.facebook.com/engedsonmartinho