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7/23/2019 haarmonicas

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UNIVERSIDADE SO FRANCISCO

GUSTAVO DE OLIVEIRA SANTOS

QUALIDADE DE ENERGIA ELTRICA NAINDSTRIA.

MONOGRAFIA DE GRADUAO EMENGENHARIA ELTRICA

ITATIBA2012


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GUSTAVO DE OLIVEIRA SANTOS R.A. 002200800034

QUALIDADE DE ENERGIA ELTRICA NA INDSTRIA.

ITATIBA2012

Monografia apresentado aocurso de Engenharia Eltrica daUniversidade So Francisco, como

requisito parcial para obteno do ttulode Bacharel em Engenharia Eltrica.

Orientador: Prof. D.r Geraldo PeresCaixeta.


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I

AGRADECIMENTOS

A minha famlia pela compreenso, apoio e incentivo.

Ao professor Geraldo Peres Caixeta, orientador deste trabalho, pelas recomendaes

dadas durante o andamento deste trabalho, motivao e relacionamento.

A empresa Maliber Ind. E Com. Txtil, pela disponibilidade de sua rea para a

elaborao do trabalho prtico realizado.

Aos meus amigos, colegas e professores pelo auxlio, ensinamento, incentivo e

convivncia harmoniosa.


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II

A felicidade s vezes uma bno,

mas geralmente uma conquista.

Paulo Coelho


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III

RESUMO

Este trabalho apresenta um estudo elaborado de grande importncia no quesito de

qualidade de energia eltrica, pois com a circulao de transtornos eltricos na rede pode

produzir interaes nos equipamentos instalados provocando perturbaes e gerando a

ineficincia dos mesmos. O objetivo deste trabalho apresentar quais so os tipos de falhas

no sistema eltrico que prejudica o funcionamento das mquinas dentro de uma empresa,

comprometendo a qualidade da energia eltrica e do material produzido. Neste estudo

abordado o conceito sobre harmnicos, inter-harmnicos, elevaes de tenses, afundamentos

de tenses, flutuao de tenses e desequilbrios entre cargas distribudas. Alem destes,

tambm apresenta alguns mtodos de clculos onde se possam obter valores para a

identificao de problemas na rede eltrica e mostra algumas solues a ser adotadas para

eliminar tais falhas no sistema ou minimizar, para que ao final se consiga um resultado

satisfatrio. Tambm foi realizado um estudo prtico a ttulo de exemplo sobre o

comportamento da energia eltrica em uma indstria, para isso foi utilizado um aparelho

analisador de energia eltrica convencional onde foi possvel detectar falhas no sistema eentender graficamente como a rede eltrica se comporta em pleno funcionamento das

mquinas. importante acrescentar que este estudo algo complexo e deve ser tecnicamente

interpretado, um estudo dedicado a qualidade de energia pode ter inmeras dimenses, pois

um tema de grande abordagem nos dias atuais.

Palavras chaves:Qualidade de energia eltrica, transtornos eltricos, estudo complexo.


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IV

ABSTRACT

This work presents an elaborate study of great importance in the issue of power

quality, because with the movement of electrical disturbances in the network interactions can

produce the equipment installed causing disruption and inefficiency of generating the same.

The objective of this paper is to present what are the types of faults in the electrical system

that impairs the functioning of the machines within a company, compromising the power

quality and the material produced. This study addresses the concept of harmonics, inter-

harmonics, voltage rises, dips tensions, fluctuation of tensions and imbalances between

distributed loads. Besides these, it also presents some methods of calculations where one can

obtain values for identifying problems in the power grid and shows some solutions to be

adopted to eliminate such loopholes or minimize to the end that a satisfactory outcome is

achieved. There was also a practical study as an example of the behavior of electricity in an

industry, it was used for a device analyzer conventional electricity where it was possible to

detect system failures and graphically understand how the power grid behaves in full

operation the machines. It is noteworthy that this study is complex and must be interpreted

technically, a study dedicated power quality can have many dimensions, it is a matter of great

approach.

Keywords: Quality of electricity, electrical disorders, complex study.

.


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V

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: elevao de tenso detectada dentro da empresa ........................................................ 7

Figura 2: exemplo da cintilao Flicker ..................................................................................... 8

Figura 3: organograma de distribuio das mquinas .............................................................. 22

Figura 4: distribuio do sistema eltrico ................................................................................. 23

Figura 5: relao de defasagem entre as fases do sistema ........................................................ 26Figura 6: valor da tenso mnima e mxima entre as fases v1 e v2. ........................................ 27

Figura 7: valor de tenso mnima e mxima entre as fases v2 e v3. ........................................ 27

Figura 8: valor de tenso mnima e mxima entre as fases v1 e v3 ......................................... 27

Figura 9: corrente total referente tabela 1. ............................................................................. 28

Figura 10: corrente total referente tabela 2. ........................................................................... 28

Figura 11: referente potncia aparente da tabela 1. ............................................................... 29

Figura 12: referente potncia aparente da tabela 2. ............................................................... 29

Figura 13: referente tabela 1, distoro harmnica total de tenso. ...................................... 30

Figura 14: referente tabela 2, distoro harmnica total de tenso. ...................................... 30

Figura 15: referente tabela 1, distoro harmnica total de corrente..................................... 31

Figura 16: referente tabela 2, distoro harmnica total de corrente..................................... 31

Figura 17: referente tabela 1 e 2, piores harmnicos de tenso obtido na linha de medio..

.................................................................................................................................................. 32

Figura 18: referente tabela 1 e 2, piores harmnicos de corrente obtido na linha de medio

.................................................................................................................................................. 32


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VI

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Medio parte 1 .............................................................................................. 24

Tabela 2: Medio parte 2 .............................................................................................. 25


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VII

LISTA DE ABREVIATURAS

PST: Probabilidade de curto prazo.

PLT: Probabilidade de longo prazo.

DHT: Distoro Harmnica total.

DDT: Distoro demanda totalCLP: Controlador lgico programvel.

ANEEL: Agncia Nacional de Energia Eltrica.

C.A: Corrente alternada.

C.C: Corrente Contnua

Hz: Unidade de medida para Frequncia.

QEE: Qualidade de Energia Eltrica.

ABNT: Associao Brasileira de Normas tcnicas.

v: volts

A: amperes

w: watts

RMS: valor quadrtico mdio ou valor eficaz

SAG: Variao de tenso de curta durao

SURGE: Afundamento de tenso de curta durao

SWELL: Elevao de tenso de curta durao.

TAP: Regulador de tenso

FLICKER: Flutuao de tenso.


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VIII

SUMRIO

AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. I

RESUMO ................................................................................................................................ III

ABSTRACT ........................................................................................................................... IV

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. V

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................... VI

LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................. VII

1.0 INTRODUO .................................................................................................................. 1

2.0 REVISO BIBLIOGRFICA .......................................................................................... 2

2.1 Qualidade da energia eltrica na indstria. ........................................................................... 2

2.2 Gerao e distribuio .......................................................................................................... 2

2.3 Consumo da energia eltrica................................................................................................. 4

2.4 Problemas que afetam a qualidade da energia eltrica ......................................................... 5

2.4.1 Sags e Surges. .................................................................................................................... 6

2.4.2 Subtenso e sobretenso. ................................................................................................... 6

2.4.3 Flicker ................................................................................................................................ 8

2.4.4 Harmnicos ........................................................................................................................ 8

2.5 Efeitos e consequncias ...................................................................................................... 10

3.0 METODOLOGIA ............................................................................................................. 13

3.1 Deteco e registro de valores de tenso e corrente rms. ................................................... 15

3.2 Variaes de tenses ........................................................................................................... 16

3.3 Desequilbrios de tenses ................................................................................................... 17


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IX

3.4 Harmnicos e interharmnicos ........................................................................................... 18

3.5 Flutuaes de tenso ........................................................................................................... 19

4.0 MEDIES E SIMULAES ....................................................................................... 21

4.1 Anlise prtica sobre qualidade de energia eltrica............................................................ 21

5.0 RESULTADOS OBTIDOS .............................................................................................. 33

5.1Transformadores .................................................................................................................. 33

5.2 Cargas distribudas ............................................................................................................. 34

5.3 Correntes Harmnicas ........................................................................................................ 35

6.0 CONCLUSES FINAIS .................................................................................................. 36

7.0 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 37


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1.0 INTRODUO

Hoje em dia, com a modernizao na rea industrial, a qualidade de energia eltrica

vem sofrendo grandes exigncias devido a transtornos causados nos sistemas eltricos

conectados a carga do consumidor final.

A garantia de uma energia sem alteraes na sua forma senoidal de grande

importncia e vem sendo cada vez mais estudados e exigidos dos fornecedores e

consumidores. Aspectos fundamentais que antes eram desconsiderados hoje em dia so

levados em considerao para garantir um sistema em pleno funcionamento.

No livro Distrbios da Qualidade de Energia Eltrica o autor destaca como ponto

principal que: A qualidade de energia a compatibilidade entre a fonte de energia e o

equipamento eltrico ligado, e essa energia fornecida, a forma que a eletricidade encontra deatender as necessidades de quem a utiliza. (MARTINHO, 2009).

O contedo deste material tem como objetivo principal, relacionar os problemas de

energia eltrica que encontramos nas indstrias e buscar solues para tais falhas nos sistemas

de uma forma geral, com objetivo de obter o bom funcionamento da rede eltrica, obtendo

grandezas eltricas especficas de uma indstria em pleno funcionamento para se realizar um

estudo da energia consumida a titulo de exerccio prtico.


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2.0 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Qualidade da energia eltrica na indstria.

Hoje em dia existem vrios distrbios que afetam a qualidade da energia eltrica, a

ttulo de exemplo destaca-se os transitrios impulsivos e oscilatrios, variaes na tenso de

curta e longa durao, interrupes, desequilbrio de tenso, desequilbrio entre cargas,

harmnicos e demais fatores. Tais distrbios so causados por descargas atmosfricas,

manobras no sistema, cargas desequilibradas e no lineares partidas de motores e variaes de

cargas. Estes efeitos podem ter diferentes nveis de impactos dependendo da susceptibilidade

do equipamento do usurio final. Para uma dada susceptibilidade do equipamento, o impactodos distrbios pode ser minimizado atravs protees em gerais. Para a escolha da melhor

opo se faz necessrio um estudo econmico envolvendo custo benefcio, pois a qualidade

da energia, depois da segurana pessoal, tem como objetivo principal uma energia de baixo

custo (SANTOS apud RIBEIRO, 2001).

2.2 Gerao e distribuio

Desde a gerao, passando pela transmisso, chegando distribuio, a energia

eltrica percorre um caminho muito longo, com isso, a possibilidade de ocorrer distrbios narede muito grande, distrbios como descargas atmosfricas, queda de arvores na rede de


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transmisso, acidentes com animais silvestres, acidentes automobilsticos e alteraes nas

caractersticas dos condutores por temperatura ou rompimento de qualquer de um deles.

Essas situaes podem causar problemas para o consumidor, pois na ocorrncia dafalha no sistema eltrico, o distrbio lhe causa prejuzos, por este motivo de grande

importncia o monitoramento da energia, desde a gerao at o consumidor final, e sempre

deve ter uma equipe especializada pronta para poder acatar tais ocorrncias rapidamente, para

que os efeitos sejam os menores possveis.

A gerao da energia eltrica uma das principais fases da energia, pois o ponto

inicial, e deve estar dentro dos parmetros mnimos de qualidade para que o problema no

seja causado como um efeito domin, isto , deve ser controlado de forma a gerar uma

energia adequada para a transmisso e distribuio, para que no se desvie da qualidade

exigida.

A energia eltrica pode ser gerada por hidroeltricas que a principal fonte de energia

no Brasil, nuclear atravs da reao de urnio, elica pelas foras do vento, solar pela

captao em cristais de silcio, carvo, gs como tantas outras, entretanto, independente da

fonte de energia, os parmetros de controle da qualidade so baseados no nvel de tensogerado, que deve ficar dentro de determinados valores mximos e mnimos, normalmente

expresso em porcentagem, no sistema trifsico, pois assim que a gerao normalmente

realizada, portanto as fases do sistema devem estar simetricamente defasadas entre si,

independente da forma da ligao de gerador, (estrela ou tringulo).

Outro fato importante na qualidade da energia gerada a forma de onda, pois a

gerao na maioria dos casos deve ser de forma senoidal, e a senide no pode sofrer

deformaes, tambm muito importante o valor da freqncia que gerada a energia, de

forma que garanta a funcionalidade dos equipamentos e dispositivos que sero interligados,

controlados e protegidos nesse sistema de distribuio (no Brasil a frequncia de oscilao da

rede eltrica padronizada como 60Hz).


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2.3 Consumo da energia eltrica

O consumidor final o maior desafio no que diz respeito ao controle da qualidade de

energia, primeiramente porque muitas vezes desconhece o termo qualidade de energia e acaba

acusando a distribuio ou causas naturais como responsveis pelos problemas na rede

eltrica, quando passa a se preocupar, esbarra em dois fatores que podem inviabilizar o

tratamento.

O primeiro a eventual parada de produo para uma avaliao e o tratamento

adequado, por que muitas vezes a soluo pode ser a adequao da instalao eltrica e cai

sobre um segundo fator que o custo da adequao.

O termo qualidade de energia no muito de costume para o consumidor ele ainda no

esta enquadrado nesta pronuncia, preocupar-se com a qualidade da energia deve ser

consciente e mais do que isso uma necessidade. A qualidade da energia deve ser exigida cada

vez mais nos prximos anos, j que a preocupao de muitos com a economia de energia e

reduo de custos, no somente nos grandes consumidores, mas todos em geral, como baixo

consumidores residenciais.

Porem so os grandes consumidores industriais, que carregam os maiores prejuzos, o

custo da parada de produo por um afundamento de tenso ou interrupo de vinte segundos,

pode ser enorme, tambm o custo de manuteno das mquinas e equipamentos que sofrem

com os problemas de qualidade de energia, sem contar com o prprio desperdcio de energia,e essa pode ser a forma mais prtica de convencimento do investimento em uma avaliao e

controle da qualidade da energia nos grandes consumidores.


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2.4 Problemas que afetam a qualidade da energia eltrica

Para garantir qualidade da energia no sistema eltrico devem-se levar em considerao

alguns fatores importantes como:

Distoro harmnica de tenso.

Distoro harmnica de corrente.

Desbalano de tenso. Efeito Flicker

Flutuao de tenso

Desequilbrio de sistemas trifsicos.

Desequilbrio entre cargas distribudas

Sendo estes de fundamental importncia ao nvel de qualidade de energia eltrica,

existem outros fatores de distrbios transitrios como as variaes de curta durao sendo

normalmente os maiores responsveis por impactos na rede eltrica dos consumidores

industriais.

As variaes de tenso pode ser causada por inmeras situaes, uma bastante comum

o chaveamento de cargas de elevada potncia que ao serem acionadas, absorvem uma

grande quantidade de energia da rede, fazendo que muitas vezes cause uma reduo de tenso,

e quando essa carga desligada devolve essa energia para a rede novamente, normalmente

aumentando a tenso por um perodo de tempo. Outra causa o acionamento de bancos decapacitores que, ao serem energizados exigem da rede uma capacidade maior de corrente, e

com isso os dispositivos das redes acabam no conseguindo suprir a energia consumida e

assim gerando uma reduo significativa de tenso.


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2.4.1 Sags e Surges.

A variao de tenso de curta durao caracterizada pelo fenmeno de aumento ou

reduo da tenso em relao tenso nominal, durante um perodo que compreende 0,5

ciclos em um minuto, ocorrem com muita freqncia nas instalaes eltricas, ocasionadas

por chaveamento de cargas de alta potncia, ou banco de capacitores e at mesmo descargas

atmosfricas. As variaes de tenso de curta durao so conhecidas pelos nomes de SAG e

SWELL quando h uma elevao de tenso de curta durao. (MARTINHO, 2009).

2.4.2 Subtenso e sobretenso.

Subtenso a diminuio na tenso C.A.rmspara menos de 90% do valor nominal

com durao superior a 1 minuto. Sobretenso o aumento na tenso C.A.rms superior a

110% do valor nominal, com durao superior a 1 minuto.

As condies de Subtenso so causadas por instalaes mal dimensionadas, tapsincorretos de transformadores, reguladores de tenso desajustados ou sobrecarga no

intencional na rede eltrica.

A Subtenso pode resultar em operaes errticas ou baixo desempenho dos

equipamentos. Motores drenam mais correntes, operam com aquecimento excessivo e com

menos eficincia sob condies de Subtenso.

A sobretenso resulta da baixa regulao no sistema eltrico, regulador desajustado oupor flutuao nas cargas demandadas e causa falhas nos equipamentos eletrnicos. A


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flutuao de tenso CA em intervalos significativos conhecida como Subtenso e

sobretenso. (ALDAB, 2001).

A seguir ser apresentada a figura grfica de uma elevao de tenso detectada dentroda empresa estudada.

Figura 1: elevao de tenso detectada dentro da empresa


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2.4.3 Flicker

Tambm conhecido como flutuao de tenso a variao brusca e intermitente do

valor eficaz de tenso de uma faixa entre 0,1 e 7%. O efeito Flicker pode ser notado pela

sensao visual de que a luminosidade varia no tempo, esse efeito tambm conhecido como

cintilao. O efeito Flicker possui dois parmetros de identificao, o primeiro denomina-se

PST, que vem do termo Probability Short Term, e indica a severidade dos nveis de cintilao

associados flutuao de tenso verificada em um perodo de dez minutos. Esses valoresservem para definir a intensidade do Flicker e decidir as aes a serem tomadas. O outro

parmetro, que obtido a partir das variaes das medies de PST, e o PLT, derivado do

termo em ingls Probability Long Term. a severidade dos nveis de cintilao associados

flutuao de tenso em um perodo de contnuo de duas horas. (MARTINHO, 2009).

2.4.4 Harmnicos

Harmnicos so ondas de corrente ou tenso que possuem frequncias mltiplas da

frequncia fundamental. As ondas de correntes ou tenses cujos formatos no so senoidais

Figura 2: exemplo da cintilao Flicker


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podem ser obtidas a partir de um somatrio de ondas senoidais em diversas frequncias. Estas

ondas senoidais, nas diversas frequncias, so chamadas de componentes harmnicos da onda

original. A srie trigonomtrica de Fourier uma ferramenta matemtica poderosa a qual

permite que uma onda peridica qualquer, no senoidal, possa ser obtida pela soma de ondas

senoidais em diversas frequncias. (RIBEIRO, 2007).

Cargas tradicionais como lmpadas incandescentes conectados a uma fonte de tenso

senoidal drenam correntes tambm na forma senoidal, quando a forma de onda da corrente

igual forma da tenso aplicada, ambas senoidais, no h presena de harmnicos, ou seja,

uma forma de onda senoidal pura no contem harmnicos.

Quando a corrente solicitada por cargas de equipamentos eletrnicos, tais como

reatores de lmpada fluorescente, computadores e demais, estes no espelha a forma de onda

da tenso original, neste caso ocorre presena de correntes no lineares, que so constitudas

de harmnicos de ordem impar em relao fundamental.

Harmnicos so integrais mltiplas da frequncia de origem e formas de ondas no

lineares, so constitudas de componentes de alta frequncia. Para a onda senoidal de 60Hz, os

harmnicos de ordem impar so a terceira (180 Hz), a quinta (300 Hz), a stima (420 Hz) eassim por diante.

A presena de harmnicos numa instalao representa problema, sua presena interage

com o sistema de distribuio, causando distores e perdas na tenso. Outros tipos so o

aquecimento e vibrao excessivos em motores, aquecimentos e rudos em transformadores,

erros de frequncia, nvel de tenso elevado entre o neutro e o terra e campos magnticos

significativos ao redor de transformadores e disjuntores.


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2.5 Efeitos e consequncias

Tais distrbios devem ser analisados individualmente em cada instalao com suas

caractersticas fundamentais, o consumidor deve verificar a sensibilidade de seus

equipamentos em utilizao e as melhorias que possam ser realizadas para amenizar tais

falhas no sistema ser de grande importncia.

A preocupao com a qualidade da energia dentro do segmento industrial normalmente maior do que em outros segmentos, uma vez que o ndice de automao das

indstrias muito elevado. Em conseqncia dessa automao, o impacto de problemas com

relao qualidade de energia passa a ser muito maior, pois paradas de mquinas e queima de

equipamentos causam prejuzos financeiros enormes para o empresrio e tambm para o

usurio. A simples interrupo de um minuto pode causar prejuzos da ordem de milhares de

dlares em alguns segmentos. (MARTINHO, 2009).

Por este motivo, o segmento industrial vem se preocupando com alguns itens

relacionados qualidade de energia, como o caso da correo do fator de potncia,

distrbios como surtos, variaes de tenso, presena de harmnicas, estes casos fazem parte

do dia a dia das equipes de projeto e manuteno das empresas. (MARTINHO, 2009).

Em uma empresa no ramo de fiao txtil a garantia de uma energia de qualidade

bastante exigida devido necessidade de seus equipamentos em operao, tais falhas como

afundamentos de tenso de curta durao so grandes prejuzos ao sistema eletrnico assimcomprometendo a qualidade do material produzido. Em uma empresa que visa rigorosamente

qualidade de seu produto, v a necessidade de fazer investimentos para garantir que suas

expectativas sejam alcanadas.

Segundo pesquisas realizadas alguns autores defendem a ideia de que distrbios

aparecem no sistema devido a fatores internos e externos. Os fatores externos so produzidos

pelos subsistemas eltricos de gerao, transmisso e distribuio, outros fatores internos so

produzidos pelo prprio consumidor devidos o tipo de carga conectada a linha.


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(ALDABO, 2001), Sendo assim algumas solues para distrbios eltricos so

sugeridos pelo autor aos principais problemas da eletricidade, que fazer o casamento

correto entre o dispositivo e ao problema, e algumas sugestes so de inserir na linha de

transmisso equipamentos como:

Supressor de surto transiente de tenso.

Filtro de linha.

Filtro de rudos.

Filtro de harmnicos.

Transformador de isolao.

Reguladores de tenso.

Existem algumas clausulas da (ANEEL) que regulamentam e controlam a qualidade de

energia fornecida, porem no so suficientes para viabilizar que a concessionria fornea uma

energia de qualidade aos consumidores finais, mas j esta sendo estudadas melhorias que

garante condies sobre o fornecimento de energia pela empresa responsvel, at aos agentes

compradores (consumidores finais), e estas melhorias prev multas por violao das

condies de energia previstas, com isso aumenta a necessidade do fornecimento com limites

adequados, que possam satisfazer tanto o fornecedor como o consumidor sem maiores

prejuzos devido s perdas inaceitveis.

A variao de tenso um dos distrbios mais comum e conhecido da energia eltrica,

e um dos principais causadores de problemas para os consumidores, pois responsvel por

paradas de funcionamentos dos equipamentos, que causam perdas de produo, perda de

dados, resultando em prejuzos enormes, o afundamento de tenso pode afetar equipamentos

eletrnicos da seguinte maneira em uma indstria:

Desprogramao de microprocessadores, CLP's;

Desatracamentos de bobinas de contato e reles auxiliares e conseqente

desligamento de cargas e equipamentos

Variao de velocidade de motores

Desligamento por dispositivos de proteo

Falhas de comutao

Desligamento de lmpadas a descarga


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E atuao de dispositivos de proteo contra sobre-corrente, principalmente em

acionamentos CC no modo regenerativo.

Assim um afundamento de tenso pode ser causado por partidas de grandes cargas aomesmo tempo, sendo assim deve ser tratada a causa do problema de uma forma geral,

realizando partida de motores em intervalos de tempo considerveis de uma para outra, e

fazendo com que diminua a corrente de partida individual de cada carga atravs de ligaes

do tipo estrela tringulo, autotransformador, soft-starter, com isso visando melhorias no

sistema de partida de cargas com alto consumo de energia.


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3.0 METODOLOGIA

O monitoramento da qualidade da energia eltrica se tornou mais eficaz com o

surgimento de analisadores de energia durante os anos de 1970 a 1980 com aparelhos como

osciloscpios que tinha sistemas de visualizaes grficas. (Eletricidade Moderna, 2004)

O mtodo utilizado ate hoje somente tiveram sua abrangncia em grande escala

durante o ano de 1990, devido ao fato dos avanos obtidos na rea de processamento de

sinais, reduo de custos em sistemas de monitorao e o aumento no ganho de conhecimento

tcnico de pessoas no processamento de sinais em sistemas de potncia. (Eletricidade

Moderna, 2004)

O principal mtodo para fazer uma anlise de energia eltrica nos dias de hoje a

utilizao de aparelhos analisadores de energia, este equipamento capaz de medir variaes

de distrbios desde muito pequenos na ordem de nanossegundos h muito longos vrios dias,e registrar as ocorrncias e apresent-las em um microcomputador.

Basicamente existem dois tipos de analisadores o convencional e o de anlise grfica.

O primeiro deles apresenta um resumo das principais ocorrncias, tais como: queda de

tenso temporria (Sags), elevao de tenso (Swell), transientes (distrbio na curva senoidal,

resultando em um rpido aumento de tenso), harmnicos, fator de potncia. Porem, devido

ao pequeno numero de amostras muitos distrbios podem ocorrer sem serem detectados, vistoque este tipo de instrumento analisa a rede em intervalos de tempo. Caso o fenmeno ocorra

entre os tempos das amostras, ele no ser detectado.

O analisador grfico funciona de modo diferente, e monitora a rede em tempo real

(sem intervalos), desta forma seu hardware bem mais complexo (exige mais rapidez de

processamento e mais espaos de memria).

Estes aparelhos so fornecidos por diversos fabricantes diferentes, porem na maioria

deles se utiliza da mesma forma de calcular as grandezas eltricas, onde feita uma


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correlao entre o sistema trifsico mais o neutro de uma instalao e obtidos valores de

medies importantes para uma anlise terica e prtica correta da energia que esta sendo

consumida em uma empresa. So mtodos baseados em valores de tenses e correntes rms.

Neste trabalho vai ser utilizado o aparelho Medidor e Registrador de grandezas

eltricas IMS POWER NET P-600 convencional, fabricante prpria IMS, empresa

especializado em aparelhos de medies e analisadores de energia. Este aparelho de anlise

trabalha em conjunto com seu software ANALISADOR e permite visualizar graficamente as

medies realizadas e gerar relatrios de acordo com a resoluo 505 da ANEEL (Agencia

Nacional de Energia Eltrica vinculada ao Ministrio de Minas e Energia do Brasil) e possui

caractersticas suficientes para aplicaes como:

Medio e Anlise do comportamento da rede eltrica.

Levantamento de curva de carga

Balanceamentos de redes

Verificao de distrbios de tenso e corrente

Diagnsticos de sistemas de potncia

Consumo de energia por equipamento

Leitura de harmnicos de 2 a 41 ordem

O software permite descarregar e visualizar os dados armazenados no equipamento

atravs da porta serial RS-232, e tem capacidade de gerar grficos com vrios recursos como:

zoom, configurao dos eixos, visualizao em 3D, insero de comentrios nos relatrios e

tambm programar intervalos de leitura entre 250ms a 60min, por perodo indeterminado ate

que a soma dos arquivos coletados da rede no ultrapasse 1.2 Mbps, que o tamanho da

memria interna do registrador.

Os sinais de tenso e correntes so lidos no ciclo de rede para cada canal de entrada e

sincronizados atravs da fase identificada com L1, que definida como fase de referncia.

Aps a aquisio das amostras o analisador calcula as grandezas eltricas para poderem ser

visualizadas e registradas na memria. O menor tempo de intervalo para registros de 250ms,

quando no esto habilitados os registros de harmnicos, e 5 segundos quando habilitados os

registros de harmnicos. Isto acontece devido ao processamento se mais pesado quando o

analisador esta calculando as variveis de THD e Harmnicos.


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Ele vem com aferio regulamentada pelo Inmetro, e tem grande sensibilidade de

medio podendo acarretar em valores errticos mnimos possveis em torno 0,5% para

tenso, 1,5% para corrente e 2% para potncia.

Na empresa ser realizada atividade pratica onde ser feito as medies das grandezas

eltricas com as mquinas operando em plena carga, a medio ser realizada em duas partes:

primeira 50% do quadro geral de distribuio aps mais 50%, devido s caractersticas do

aparelho. Foi feita esta diviso por motivo do aparelho ter sua medio limitada a uma

corrente de 1500A, sendo que no quadro geral da empresa a corrente total consumida em 440

V em torno de 2500A.

No decorrer deste captulo ser apresentado os mtodos de clculos das grandezas

eltricas a serem estudadas na empresa a ttulo de exerccio prtico no trabalho a ser

apresentado.

3.1 Deteco e registro de valores de tenso e correnterms.

A deteco de eventos realizada atravs da comparao dos valores rms do sinal

monitorado atravs de 1 ou ciclo da componente fundamental. O processo inicia-se com a

aquisio do sinal de tenso, estas informaes entram no bloco de clculo dos valores rmsem tempo real, em seguida o bloco de extrao de parmetros captura as informaes

extraindo a magnitude e a durao, assim coletando a ocorrncia do distrbio.

A expresso para o clculo do valor rmspara um conjunto de sinais de entrada dada

pela equao:


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=1

Onde (u)n o valor instantneo de tenso ou corrente da amostra com n quantidades

3.2 Variaes de tenses

A caracterizao da variao de tenso de curta e longa durao obtida basicamente

calculando o valor mdio quadrtico (VRMS). Os principais parmetros para as variaes de

tenses so: data e hora da ocorrncia, amplitude e durao do distrbio (IEEE1159; 1995).

Esta tcnica inicia-se com a captao dos valores instantneos, que so constantemente

capturados atravs de um conversor A/D, realiza-se o clculo da tenso (VRMS), utilizando-se

1, ou do ciclo da componente fundamental, aps verificado se os resultados dos

perodos esto contidos dentro da faixa de tolerncia estabelecida.


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3.3 Desequilbrios de tenses

A deteco dos desequilbrios de tenso realizada atravs do mtodo do clculo do

valor mdio quadrtico da tenso. Basicamente calcula-se a diferena entre as tenses (VRMS)

de cada fase do circuito dividido pela media das tenses. O clculo com os resultados dos

perodos de integrao de tenso (VRMS) de cada fase dado pela equao.

%

%

%

A variao do valor mdio constantemente monitorada a fim de detectar

desequilbrios de tenses. Considera-se um desequilbrio de tenso quando a variao de

tenso ultrapassa o limite de tolerncia (VRMS >0.5%). Considera-se que o distrbio finaliza

quando o ndice de desequilbrio de tenso estiver dentro da faixa de tolerncia novamente. (MARTINHO, 2009).


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3.4 Harmnicos e interharmnicos

Os harmnicos e interharmnicos em um sistema eltrico so geralmente feito atravs

da decomposio do sinal de corrente ou tenso por Sries de Fourier (soma dos senos ou

cossenos). Usando a transformada discreta de Fourier de um sinal amostrado obtm uma serie

de mdulos e ngulos referentes s frequncias mltiplas da frequncia fundamental. Assim

os nveis de distoro harmnica so caracterizados pelo espectro harmnico, com amplitude

e ngulo de fase para cada componente harmnico individual.

Como a distoro harmnica se trata de um fenmeno de regime permanente,

necessrio que os conjuntos de componentes harmnicas sejam capturados periodicamente

durante um perodo de tempo mnimo.

Os nveis de distoro harmnicos so caracterizados pelo espectro harmnicocompleto com amplitude e ngulo de fase de cada componente fundamental individual.

Tambm comum usar um nico valor, a distoro harmnica total (Total Harmonic

Distortion THD), como uma medida do nvel da distoro harmnica. (RIBEIRO, 2007).

=

100%DHT- distoro harmnica total

Vh valores eficazes de tenso das componentes harmnicas

h ordem da harmnica

Vn valor eficaz da tenso fundamental

As correntes harmnicas resultam da operao normal de dispositivos no lineares no

sistema de energia eltrica. Os nveis de distoro da corrente podem ser caracterizados por


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uma distoro harmnica total e isto pode freqentemente ocasionar erros em controladores

de velocidade para motores onde mostraro valores elevados de DHT na corrente quando eles

esto operando em cargas muito baixas. Para caracterizao de correntes harmnicas de forma

consistente, a recomendao da IEEE519 define outro termo como sendo a distoro de

demanda total (DDT).(RIBEIRO, 2007).

=

100%Ih Amplitude dos componentes harmnicos individuais.

h Ordem harmnica

IL valor eficaz da corrente de carga na demanda mxima.

3.5 Flutuaes de tenso

A adequao da tenso necessrio devido s diferentes classes de tenses

padronizadas. conveniente expressar estas variaes de tenso em termos percentuais datenso de referncia para poder comparar os resultados obtidos entre as diferentes classes de

tenso.

% = 100%Onde, V a tenso instantnea da rede e Vref a tenso referncia do ltimo minuto.


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O indicador de curto prazo PST representa a severidade dos nveis de cintilao

associados flutuao de tenso num perodo de dez minutos e calculado a partir de dosnveis instantneos de sensao de cintilao.(MARTINHO, 2009).

= 0,03140,1+ 0,05251+ 0,06573+ 0,2810+ 0,0850Onde P corresponde aos nveis de sensao flicker (Sf) que foi ultrapassado durante i

% do tempo, (P50) representa o nvel de (Sf) ultrapassado durante 50% do tempo).

O indicador de longo prazo PLT representa a severidade dos nveis de cintilao

associados flutuao de tenso num perodo continuo de duas horas sendo calculado a partir

dos registros de PST. (MARTINHO, 2009).

= 112 312

=13


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4.0 MEDIES E SIMULAES

A comparao dos resultados obtidos nas medies e simulaes de grande

importncia para o estudo de um sistema eltrico. A comparao dos resultados permite a

validao das medies, verificando se os valores obtidos esto de acordo com o que era

esperado nas medies. A comparao tambm importante para a validao das simulaes,

pois uma vez conseguida a coerncia entre resultados, novos estudos e anlises em situaes

futuras podem ser realizadas sem a necessidade de se realizar novas medies.

4.1 Anlise prtica sobre qualidade de energia eltrica.

Na empresa em que foi desenvolvido o trabalho, uma empresa no seguimento txtil,

onde esta situada na cidade de Itatiba, esta empresa esta dividida em quatro setores onde foi

realizada a anlise em um deles, o presente trabalho visou em coletar informaes tcnicas

sobre as mquinas que operam e determinar qual seria o melhor meio de operar sem causar

prejuzos rede eltrica.

Foi realizado estudo prtico no 4 setor de fiao da empresa onde se pretende obter

informaes tcnicas sobre a energia eltrica consumida, neste local esta ocorrendo

aquecimentos nos cabos eltricos e no quadro de distribuio geral do setor devido presena

de transtornos eltricos.

No local possui o quadro geral de distribuio, onde foi analisado, sua alimentao

provento de um transformador 11,8kV/440V de 2000kVA, onde esta situado na cabineprincipal de energia da empresa. Este transformador alimenta o quadro que faz a distribuio


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da alimentao nos quadros secundrios do local, que por sua vez alimenta as mquinas que

operam no setor.

Os maquinrios do setor esto divididos em cinco grupos:

O primeiro o setor do filtro, este executa a aspirao e limpeza de resduos das

mquinas e subdivide os tipos de resduos diferentes para fazer o descarte adequado.

O segundo o setor de preparao do material a ser produzido, ele da incio ao

processo de abertura e descarte do material, fazendo a diviso entre o material bom e ruim.

O terceiro setor o de fiao onde produzido o produto quase finalizado da empresa

O quarto setor a etapa de finalizao do material produzido, acabamento.

O quinto setor esta dividido em dois grupos que so responsveis pela iluminao,

umidade e temperatura do ambiente onde produzido o material.

A seguir apresentado um organograma do local estudado, referente a distribuio das

mquinas e equipamentos que consomem energia eltrica.

Figura 3: organograma de distribuio das mquinas


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A parte de instalao e distribuio de energia eltrica esta dividida da seguinte forma:

As medies foram realizadas no quadro geral de distribuio 440 v, onde teve seu

foco em analisar os harmnicos, fator de potncia, valores de tenses mximos e mnimos,

corrente, potncia ativa e potncia aparente.As primeiras medies foram dividida em duas

etapas, primeira 50% do quadro geral de distribuio aps mais 50% devido s caractersticas

do aparelho, dessa forma obtendo 100% da distribuio e foram obtidos alguns valores como

segue na tabela 1 e tabela 2.

A seguir apresentada a tabela 1 e tabela 2 referente aos valores de medies obtidosatravs do aparelho analisador de energia eltrica, estas tabelas so geradas pelo prprio

analisador e sero apresentadas como segue:

Figura 4: distribuio do sistema eltrico


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Tabela 1: Medio parte 1


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Tabela 2: Medio parte 2


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Os valores apresentado anteriormente se referem s tabelas que o analisador gera aps

concluir as medies, a partir delas possvel comparar as medies com os valores tericos

se esto de acordo com o esperado. Conforme a tabela 1 e 2 possvel observar que a tenso

medida entre as fases esto acima do valor esperado em torno de 2,5%, a diferena de

correntes entre as fases realizando o clculo da corrente de maior valor menos a de menor

valor esta na ordem de 227,2A isto se da devido ao desequilbrio de cargas que esto

operando no circuito, conseqentemente como pode ser constatado na tabela das potncias

onde h uma diferena na ordem de 55kW, entre valores mximos e mnimos de potncia real

e de 58kVA de potncia aparente.

A seguir sero apresentados os grficos obtidos atravs das medies de tenses,correntes, potncia aparente, distoro harmnica total de tenso, distoro harmnica total de

corrente e os piores harmnicos detectados na linha de medio, isso ser de fundamental

importncia para a anlise do sistema eltrico.

Os primeiros grficos apresentam as defasagens entre as fases no sistema eltrico, a

primeira esta fazendo a relao entre fases e o segundo, terceiro e quarto esto apresentando

valores mximos e mnimos nas oscilaes da rede no perodo de medio.

Grfico 1: relao de defasagem entre as fases do sistemaFigura 5: relao de defasagem entre as fases do sistema


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Figura 6: valor da tenso mnima e mxima entre as fases v1 e v2.

Figura 7: valor de tenso mnima e mxima entre as fases v2 e v3.

Figura 8: valor de tenso mnima e mxima entre as fases v1 e v3


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A partir dos grficos de tenses possvel observar as defasagens no sistema eltrico,

e tambm constatar que a tenso esta acima da nominal que 440 v, isto se da devido ao tap

(regulador de tenso)do transformador de alta tenso para baixa tenso, estar desajustado.

Os dois prximos grficos apresentam as defasagens entre as correntes totais do

sistema, referente tabela 1 e tabela 2, deve-se observar uma variao entre as correntes do

mesmo circuito, isto devido ao sistema de cargas desequilibradas, que acaba

sobrecarregando sempre uma das fases, fazendo com que a corrente no condutor seja bem

maior que em outro, conseqentemente gerando aquecimento maior no condutor

sobrecarregado

Grfico 6: corrente total referente tabela 2

Figura 9: corrente total referente tabela 1.

Figura 10: corrente total referente tabela 2.


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A seguir sero apresentados os grficos das potncias em relao s fases (1, 2 e 3), da

tabela 1 e tabela 2, observe como uma delas est bem mais sobrecarregada que as outras,

dessa forma consumindo mais corrente eltrica e gerando aquecimento no condutor

sobrecarregado.

Grfico 7: referente potncia aparente da tabela 1.

Grfico 8: referente potncia aparente da tabela 2.

Figura 11: referente potncia aparente da tabela 1.

Figura 12: referente potncia aparente da tabela 2.


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A seguir a distoro harmnica total de tenso que foi obtido no circuito analisado,

observe que oDHT varia de 6,5 a 7,5%.

Grfico 9: referente tabela 1, distoro harmnica total de tenso.Figura 13: referente tabela 1, distoro harmnica total de tenso.

Figura 14: referente tabela 2, distoro harmnica total de tenso.


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Os grficos onze e doze apresentam distoro harmnica total de corrente do circuito,

tambm possvel observar que os valores de distores variam entre 6 a 10%.

Os maiores harmnicos encontrados na linha foram os de ordem (3, 5, 7, 9 e 11) sendo

o 5 harmnico na faixa de 5,7% entre as fases 1, 2 e 3.

Figura 15: referente tabela 1, distoro harmnica total de corrente.

Figura 16: referente tabela 2, distoro harmnica total de corrente.


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O primeiro grfico refere-se aos harmnicos de tenso que esta indicando o pior que

de quinta ordem, onde o mesmo est entre 5 a 6%.

O segundo grfico refere-se aos harmnicos de corrente que no caso esta indicando opior harmnico de quinta ordem que esta entre 8 a 9%.

Figura 17: referente tabela 1 e 2, pior harmnico de tenso obtido na linha de medio.

Figura 18: referentes tabela 1 e 2, piores harmnicos de corrente obtido na linha de medio


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5.0 RESULTADOS OBTIDOS

A partir destas medies foi constatado que ocorrem falhas neste sistema, dessa forma

possvel apresentar solues para tais ocorrncias.

5.1Transformadores

A maioria dos transformadores so projetados para trabalhar com cargas senoidais. A

capacidade de um transformador trabalhar com cargas no lineares est em funo do projeto

e do material utilizado na fabricao do mesmo.

Os transformadores so muito tolerantes aos distrbios eltricos, mas podem ser

afetados por alguns eventos como:

Distoro excessiva na tenso aplicada aumentara a temperatura de operao.

Correntes harmnicas aumentam a temperatura de operao

Sobretenso pode saturar o transformador Picos de correntes ou correntes harmnicas geradas pela carga podem interagir

adversamente com a impedncia do transformador, causando instabilidade e

distoro de tenso.

Cargas controladas por tiristor podem interagir com a impedncia do

transformador e gerar impulsos na tenso de sada.

Como foi observado no grfico 1, o sistema esta defasado entre si, onde obteve valores

de tenses mnimas de 446,1V e mximo de 454,1V; tal falha pode ocorrer devido problemas

no enrolamento do transformador primrio, desequilbrio entre cargas mal distribudas, mau


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contato em conexes e chaves, desequilbrio das fases na entrada do transformador que no

caso seria de alta tenso 11,8kV, neste caso foi analisado e constado que tal falha poderia

estar sendo causada por danos do prprio transformador, visto que o mesmo j est em

funcionamento h sete anos, assim esta perdendo suas caractersticas fsicas devido ao tempo

de operao e tambm ao ambiente de trabalho onde possui baixa refrigerao e bastantes

impurezas, desta forma, a recomendao para realizar testes na qualidade do leo

refrigerante, teste de isolao, teste de perdas no enrolamento e ferro do transformador, por

uma empresa especializada, vistos que este tipo de manuteno no devido somente pelo

fato do transformador apresentar tal defasagem, pode estar ocorrendo tais falhas ao sistema

havendo um pequeno desequilbrio na tenso de entrada do transformador, em conseqncia

da linha de transmisso. Em segundo plano a orientao para que opere o transformador emum ambiente limpo e refrigerado para que no se perca a vida til cada vez mais.

Aps ocorre o problema de a tenso estar acima da nominal de operao das mquinas,

no caso desse sistema 440 v, a tenso de trabalho est em mdia trabalhando com 452 v, este

fato devido ao regulador de tenso do transformador (tap) estar desajustado, o ideal

regularizar de acordo com a tenso nominal da carga operante no setor, 440 v.

5.2 Cargas distribudas

Os maiores problemas esto no sistema de carga distribuda da empresa, possvel

observar o fato da corrente eltrica do circuito trifsico estar mais elevada em uma das fases,

com isso sobrecarrega os condutores correspondentes. Nos grficos apresentados foram

constatados valores de correntes obtendo diferenas na ordem de 227A, para isso deve-se

realizar uma medio de potncia consumida mquina por mquina e refazer a distribuio no

sistema trifsico para que o equilbrio entre elas seja o mximo possvel, regularizando o

sistema adequadamente no permitindo a sobrecarga em apenas uma das fases do sistema.


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5.3 Correntes Harmnicas

Em terceiro lugar esta o fato do sistema obter correntes harmnicas, isto ocorre devido

ao sistema complexo de automao das mquinas operantes obter uma grande quantidade de

inversores de frequncia e demais circuitos eletrnicos que propiciam a gerao de correntes

harmnicas no sistema, o ideal realizar a medio elaborada do sistema em respeito s

correntes harmnicas e especificar filtros para controle das correntes mais elevadas

influenciando a reduo das mesmas.

Os filtros harmnicos eliminam a distoro harmnica causadas pelos equipamentos

instalados e pode ser instalado na entrada do equipamento protegido ou na sada do

dispositivo causador da distoro.

Os filtros harmnicos so compostos de capacitores, indutores e resistores compondo

circuito capaz de desviar as correntes harmnicas para o condutor terra da instalao.

Os harmnicos causam formas de ondas no senoidais, que por sua vez produzem

baixo fator de potncia, o fator de potncia reativo corrigido por reatncias balanceadas, o

fator de potncia induzido por harmnicos deve ser corrigidos atravs de dispositivos como

reatores, filtros ativos e passivos.


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6.0 CONCLUSES FINAIS

Com a presena de distrbios eltricos na rede de alimentao possvel observar que

o sistema entra em desequilbrio, sobrecarregando os condutores, gerando perdas e

aquecimentos nos transformadores, em consequncia aumentando os gastos financeiros no

quesito de bens materiais, fazendo com que se desgaste cada vez mais rapidamente com o

decorrer do tempo.

Este trabalho foi concludo com xito alcanando seus objetivos, demonstrando ao

longo do texto elaborado a importncia de obter o conhecimento de pessoas tcnicas da rea

abordada, a fim de evitar perdas e ineficincias dos equipamentos operados em uma indstria

onde, algumas falhas que ocorrem no sistema eltrico no so possveis serem visualmente

observada, pelo contrrio deve ser medida e analisada, de forma correta para o bom

rendimento e produtividade dos equipamentos eltricos dentro de uma empresa.


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7.0 Referncias Bibliogrficas

1. ALDAB, Ricardo. Qualidade na energia eltrica. So Paulo: Artliber, 2001.252p.

2. MARTINHO, Edson. Distrbio da energia eltrica. So Paulo: 2009. 144p.

3. Eletricidade Moderna. Eletricidade Moderna, So Paulo, V.33, n367, out. 2004.

4.

Eletricidade Moderna. Eletricidade Moderna, So Paulo, V.33, n368, out. 2004.

5. RIBEIRO, Cristiano Felipe. Influencia dos harmnicos na qualidade da energia

eltrica. 2007. 45p. Monografia de graduao em engenharia de controle e automao.

Universidade Federal de Ouro Preto.

6. IEEE Standard 519, IEEE Recommended Pratice for Monitoring Eletric Power

Quality,1992.

7. COGO, Joo Roberto. Anlise da Qualidade da Tenso em Sistemas Eltricos.

Apostila, Escola Federal de Itajub, Itajub-MG: Editora EFEI, Setembro de 1996.

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