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MEEC - Qualidade de Energia1 Qualidade de Energia Introdução Conceitos fundamentais Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores.

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1 MEEC - Qualidade de Energia1 Qualidade de Energia Introdução Conceitos fundamentais Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

2 MEEC - Qualidade de Energia2 Introdução O que se entende por Qualidade de Energia Eléctrica A Importância crescente deste tema e sua complexidade

3 MEEC - Qualidade de Energia3 Transformações no sector eléctrico Liberalização do sector a nível mundial Peso crescente das questões ambientais Desenvolvimento de novas tecnologias de geração Incerteza associada aos novos investimentos Aumento da complexidade no controlo dos SEE Alteração da natureza das cargas Maior exigência dos processos. Maior exigência dos clientes

4 MEEC - Qualidade de Energia4 O produto electricidade –Não pode ser armazenado – é produzido ao mesmo tempo que é consumido. –Consumidores diferentes têm exigências de qualidade de serviço diferentes –A qualidade pode ser afectada pelo fornecedor, pelo distribuidor ou pelo cliente –A rede de distribuição tem um forte impacto na qualidade da electricidade –São frequentes e imprevisíveis os acidentes com forte impacto na qualidade

5 MEEC - Qualidade de Energia5 O que é a qualidade no produto energia? Continuidade de serviço (Fiabilidade) Ausências de interrupções Qualidade da onda Amplitude constante com valor nominal Frequência constante Sistema de tensões equilibrado e simétrico Formas de onda sinusoidais Qualidade comercial Atendimento (presencial ou telefónico) Informação disponibilizada (Contratos, opções, serviços, reclamações, facturação, etc) Padrões para a qualidade comercial

6 MEEC - Qualidade de Energia6 Alteração da natureza das cargas Desde o início do século até 70s –Sector em permanente expansão e Sem grandes problemas com a Qualidade de Energia –Cargas robustas e pouco poluidoras Cargas lineares: resistivas, indutivas e capacitivas Não Lineares: fornos a arco, transformadores … Após década de 70 Aparecimento do transístor (tiristor) e electrónica de potência Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da qualidade de energia

7 MEEC - Qualidade de Energia7 Na perspectiva da qualidade Desde o início do século até 70s –Qualidade mais ou menos adequada às necessidades dos consumidores. Após década de 70 –Qualidade passa a ser altamente crítica para as empresas com tecnologias avançadas –Maior exigência no mercado de energia, clientes com necessidades diferenciadas e muito específicas –Segmentação do mercado, cada cliente necessita de um produto específico

8 MEEC - Qualidade de Energia8 Alteração da natureza das cargas As cargas actuais são baseadas em dispositivos electrónicos sensíveis Estes elementos vieram permitir o uso mais eficiente da electricidade e o controlo mais preciso sobre os processos Simultaneamente trouxeram perturbações muito significativas à qualidade de energia Os novos dispositivos são um dos principais causadores de muitos dos problemas e as maiores vitimas da falta de qualidade

9 MEEC - Qualidade de Energia9 Alteração da natureza das cargas O cenário de proliferação tem vindo a agravar-se continuamente, segundos estimativas recentes, em 2003 cerca de 60% de toda a energia eléctrica produzida será consumida por cargas não lineares (80% em 2010) Em alguns sectores, como os serviços, este valor é já hoje muito próximo dos 100%

10 MEEC - Qualidade de Energia10 Maior exigência de qualidade A exigência de energia eléctrica com qualidade constitui um factor importante para a competitividade e sobrevivência de muitos sectores produtivos. Os sectores mais críticos são os das indústrias de processo contínuo, as empresas da área das tecnologias da informação. A interligação das redes e o uso de dispositivos de rearme automático desempenham um papel importante, ao evitar os cortes de longa duração. Os cortes de muito curta duração (micro-cortes), devido aos inúmeros fenómenos a que as linhas de T&D estão sujeitas, são muito difíceis de evitar.

11 MEEC - Qualidade de Energia11 Percepção das causas < Pelo consumidor Pelo distribuidor >

12 MEEC - Qualidade de Energia12 A Perspectiva do Distribuidor A qualidade da energia eléctrica é factor crucial na competitividade da maior parte das actividades económicas Intensificação da atitude pró-activa na resolução dos problemas específicos do consumidor O número de consumidores com necessidades acrescidas tem aumentado significativamente nos últimos anos A resolução dos problemas da energia nas instalações com elevada fiabilidade deve envolver o consumidor, o fabricante /fornecedor dos equipamentos e o distribuidor

13 MEEC - Qualidade de Energia13 Influência das redes de distribuição O esforço na electrificação do país (anos 70) deixou marcas que ainda hoje dificultam uma melhor qualidade de energia –Pouca selectividade nas saídas das subestações (separação de zonas industriais das zonas urbanas, das semi- urbanas e rurais) –Saídas de média tensão demasiado extensas –Poucos pontos de telecomando –Redes de baixa tensão com comprimentos elevados –Quantidade significativa de redes nuas –Desajuste entre a localização do PT e respectivo centro de cargas

14 MEEC - Qualidade de Energia14 Perturbações na Qualidade de Energia

15 MEEC - Qualidade de Energia15 Conceitos Fundamentais Termos Definições Indicadores de QE

16 MEEC - Qualidade de Energia16 Características da EE A electricidade é uma forma de energia particularmente flexível e adaptável As características mais importantes da tensão de alimentação são: –A frequência –A amplitude –A forma de onda Contrariamente aos produtos correntes, a utilização da electricidade é um dos principais factores que influenciam a variação das suas características

17 MEEC - Qualidade de Energia17 Tipos de perturbações na QE Algumas perturbações: –Oscilações da frequência; –Cavas de tensão; –Tremulação (flicker); –Desequilíbrio da tensão; –Sobretensões transitórias; –Tensões harmónicas; –Interrupções (curtas ou longas)

18 MEEC - Qualidade de Energia18 Perturbações na QE Oscilações da frequência –É uma característica de difícil controlo, depende da manutenção do equilíbrio entre a produção e o consumo –Nas redes fortemente interligadas, as variações de frequência são pouco frequentes –Nas redes isoladas as variações de frequência são frequentes

19 MEEC - Qualidade de Energia19 Perturbações na QE Cavas de tensão –Diminuição brusca da tensão para valores entre 90% e 1% do valor nominal. A maior parte das cavas de tensão dura menos de 1 minuto e tem uma amplitude inferior a 60% As Causas mais frequentes são os defeitos e as manobras na rede, as anomalias nas instalações dos consumidores, a ligação/desligação de cargas importantes

20 MEEC - Qualidade de Energia20 Perturbações na QE Tremulação (flicker) –Impressão de instabilidade da sensação visual provocada por flutuações da tensão As tensões inter-harmónicas, as manobras na rede, os incidentes e as variações das cargas são alguns dos motivos

21 MEEC - Qualidade de Energia21 Perturbações na QE Desequilíbrio da tensão –Quando os valores eficazes das tensões nas fases ou as desfasagens entre tensões de fases consecutivas, num sistema trifásico, não são iguais. Origem na má distribuição das cargas numa rede de distribuição, ou quando estamos em presença de significativas cargas monofásicas.

22 MEEC - Qualidade de Energia22 Perturbações na QE Tensões harmónicas –Tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental da tensão. A deformação na forma de onda da tensão é originada pela circulação de correntes absorvidas por certos equipamentos As cargas não lineares crescem todos os dias e já existem sectores onde a percentagem já se aproxima dos 100%.

23 MEEC - Qualidade de Energia23 Perturbações na QE Sobretensões transitórias –Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração e em geral fortemente amortecida e com uma duração máxima de alguns milissegundos. Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas, nas manobras na rede e na fusão de fusíveis

24 MEEC - Qualidade de Energia24 Perturbações na QE Interrupções (curtas ou longas) –São devidas a vários factores: casos fortuitos ou de força maior, razões de interesse público, razões de serviço, razões de segurança, factos imputáveis aos consumidores, etc.

25 MEEC - Qualidade de Energia25 Transitório de baixa frequência

26 MEEC - Qualidade de Energia26 Transitório de baixa frequência

27 MEEC - Qualidade de Energia27 Interrupção momentânea (micro-corte)

28 MEEC - Qualidade de Energia28 Cava de tensão causada por CC FT

29 MEEC - Qualidade de Energia29 Cava de tensão causada por arranque de motor

30 MEEC - Qualidade de Energia30 Sobretensão momentânea

31 MEEC - Qualidade de Energia31 Desequilibro de tensão (Alimentador residencial)

32 MEEC - Qualidade de Energia32 Forma de onda da corrente e o espectro de harmónicos de um VEV

33 MEEC - Qualidade de Energia33 Flicker causado pela operação de um forno de arco

34 MEEC - Qualidade de Energia34 Custo das soluções reparadoras

35 MEEC - Qualidade de Energia35 Curvas CBEMA (Computer Business Equipment Manufacturers Association)

36 MEEC - Qualidade de Energia36 Curvas CBEMA (Computer Business Equipment Manufacturers Association)

37 MEEC - Qualidade de Energia37 Curvas CBEMA

38 MEEC - Qualidade de Energia38 Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Produção Disponibilidade por grupo Indisponibilidade Não Planeada por grupo Disparos por Grupo Gerador referidos a 7000h Taxa de Sucesso de Arranques - grupos térmicos Taxa de Sucesso nas Mudanças de Estado - grupo hídricos

39 MEEC - Qualidade de Energia39 Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Transporte Energia não Fornecida (ENF) Tempo de Interrupção Equivalente (TIE) Tempo Médio de Reposição de Serviço do Sistema (SARI) Frequência Média de Interrupção de Serviço do Sistema (SAIFI) Duração Média das Interrupções do Sistema (SAIDI)

40 MEEC - Qualidade de Energia40 Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição Alta tensão –SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de interrupções por cliente do sistema –SAIDI (horas/ano) - Duração média anual das interrupções num cliente do sistema –CAIDI (horas/interrupção) - Duração média de uma interrupção ou tempo médio de reposição do serviço

41 MEEC - Qualidade de Energia41 Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição Média tensão (valores zonais) –SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de interrupções por cliente do sistema –SAIDI (horas/ano) - Duração média das interrupções num cliente do sistema –CAIDI (horas/interrupção no cliente) - Tempo médio de reposição do serviço

42 MEEC - Qualidade de Energia42 Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição Média tensão (por centro de distribuição) –TIEMT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em média Tensão (minutos) –NIEMT - Número de Interrupções Equivalentes a partir da Potência Instalada em PT Baixa tensão –TIEBT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em baixa Tensão (minutos)


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