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QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Prof. Dr. Rodrigo Cutri

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Apresentação em tema: "QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Prof. Dr. Rodrigo Cutri"— Transcrição da apresentação:

1 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Prof. Dr. Rodrigo Cutri

2 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Ementa da disciplina  Classificação dos distúrbios em sistemas elétricos;  Variações e Flutuações de Tensão;  Harmônicos em Sistemas Elétricos;  Indicadores e Medição da Qualidade da Energia;  Normalização nacional e internacional.  Engenharia de Iluminação;  Grandezas e unidades. Fontes luminosas.  Métodos de projeto luminotécnico.  Iluminação natural.  Diagnóstico em iluminação.  Gestão em iluminação.  Eficiência em sistemas de Iluminação;  Análise de desempenho energético e conservação de energia em motores elétricos.

3 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Programação das aulas 4/marAULA 1ABESCO 11/marAULA 2QEE 18/marAULA 3QEE 25/marAULA 4GERENCIAMENTO DE ENERGIA 1/abrAULA 5ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 8/abrFERIADO 15/abrAULA 6ILUMINAÇÃO 22/abrAULA 7REFRIGERAÇÃO E AQUECIMENTO 29/abrAULA 8APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS 06/MAIAULA 9APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS

4 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Apresentação  Nome  Empresa em que trabalha  Expectativa em relação ao curso de MBA em Gestão de Energia

5 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Conceitos B á sicos de Energia

6 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL É uma propriedade Capacidade de realizar trabalho δQ – δW = dE onde E = U + Ec + Ep O Universo em si é uma manifesta ç ão de Energia Vivemos num mundo totalmente dependente da Energia Nosso corpo depende da Energia Energia Conceitos e definições

7 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  A manipula ç ão da energia foi a respons á vel pelo desenvolvimento da humanidade.  Enquanto os outros seres vivos são capazes de gerenciar apenas a energia adquirida em seus alimentos, o homem, no entanto, foi capaz de “ cri á -la ” atrav é s de outras fontes.  O dom í nio da t é cnica do fogo disponibilizou ao homem uma quantidade extra de energia, que pôde ser utilizada para aquecimento de seus lares e cozimento de suas comidas.

8 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL 8 A escalada energética do Homem

9 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  A energia pode ser obtida não apenas de nossos m ú sculos, mas de uma grande variedade de fontes.  Exemplo:  Solar  Hidr á ulica  Geot é rmica  Mar é s  Combust í veis f ó sseis  Madeira / Lenha  v á rias outras Energia Conceitos e definições

10 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Energia Conceitos e definições

11 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Hoje, como nunca, estamos dando valor à Energia.  Não somente devido ao nosso “ APAGÃO ”, mas devido ao esgotamento dos recursos energ é ticos não-renov á veis.  E tamb é m pela preocupa ç ão com o Meio Ambiente. Era da Energia

12 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  1a. Crise do Petr ó leo (1973)  Grandes produtores de petr ó leo á rabes e persas resolveram suspender embarques de petr ó leo.  No auge do inverno do hemisf é rio norte, a popula ç ão ocidental experimentou o pior Natal da hist ó ria, devido à falta de petr ó leo e problemas de calefa ç ão.  O pre ç o do barril subiu de US$ 2,84 para quase US$ 13,00.  Na Holanda, s ó era permitido o consumo de 15 litros de gasolina por semana.  Na Inglaterra, a ind ú strias funcionavam apenas 2 dias por semana.

13 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  2a. Crise do Petr ó leo (1979)  Crise ocasionada por problemas pol í ticos internos no Irã.  Guerra Irã-Iraque.  Invasão do L í bano por Israel.  O pre ç o do barril pulou para US$ 38,50.  O mundo ficou meses com falta de 6 milhões de barris por dia.

14 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL e depois....

15 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Provocou a busca por combust í veis alternativos.  No Brasil, cria ç ão do Pr ó - Á lcool em  Expansão da Energia Nuclear.  Pesquisas com biomassa, hidrogênio, outros.  Cria ç ão do PROCEL (Programa de Combate ao Desperd í cio de Energia El é trica) em  Corrida pela “ Eficiência ”  Todo o mundo partiu para o investimento na melhoria de seus equipamentos.  Conscientiza ç ão da necessidade de conserva ç ão de energia.  No Brasil não houve essa preocupa ç ão, pois grande parte de nossa energia prov é m de fontes hidr á ulicas.  Al é m disso, nossa energia el é trica era subsidiada pelo Governo, tornando-a muito barata quando comparada com combust í veis f ó sseis.

16 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Sistema energético generalizado

17 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Conceito de conteúdo tecnológico voltado para a utilização de processos e equipamentos que tenham o melhor desempenho na produção dos serviços com um menor consumo de eletricidade. USO EFICIENTE DE ENERGIA ELÉTRICA Principais motivadores  economia de recursos (posterga ç ão de investimentos);  aumento de competitividade dos bens e servi ç os produzidos;  prote ç ão e a melhoria do meio ambiente;

18 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL QEE Qualidade da Energia El é trica

19 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  O que é Gestão de Energia ?  O que é Qualidade da Energia Elétrica ??  Qual a influência da qualidade de energia na gestão de energia ?

20 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL NORMA REGULAMENTADORA Nº 10 NR-10 SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE

21 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos Conceitos e Defini ç ões Gerenciamento da Qualidade de Energia Diagn ó stico e Solu ç ões

22 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL 1.Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos ANEEL Concession á rias de Distribui ç ão Transmissoras ONS (Operador Nacional do Sistema) Consumidores Fabricantes Centros de Pesquisa

23 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL 2. Conceitos e Definições Estado da Arte Visão da Experiência Nacional (ONS, Concession á rias, etc.) Visão da Experiência Internacional IEEE, IEC Concession á rias

24 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL O que é a qualidade no produto energia?  Continuidade de serviço  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

25 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL "Qualquer problema de energia manifestado na tensão, corrente ou nas variações de freqüência que resulte em falha ou má operação de equipamentos". Uma boa definição para o problema de qualidade de energia é: Edgard Franco - ENGECOMP

26 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL NEGOCIAÇÕES, RESPONSABILIDADES E COMPROMISSOS - PERDA DE PRODUÇÃO - CUSTOS DE MÃO DE OBRA: LIMPEZA E RECOLOCAÇÃO EM SERVIÇO - PRODUTOS DANIFICADOS OU BAIXA QUALIDADE - ATRASOS NA ENTREGA - REDUZIDA SATISFAÇÃO DO CLIENTE - DANOS AOS EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO - QUALIDADE DE ENERGIA - UMA QUESTÃO DE ECONOMIA

27 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL QEE Qualidade da Energia El é trica Causas

28 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Alteração da natureza das cargas  Desde o início do século até 70’s Setor 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 eletrônica de potência Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da qualidade de energia

29 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Na perspectiva da qualidade  Desde o início do século até 70’s 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

30 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Alteração da natureza das cargas  As cargas atuais são baseadas em dispositivos eletrônicos sensíveis  Estes elementos vieram permitir o uso mais eficiente da eletricidade e o controle 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

31 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL

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33 Causas de problemas de QEE  utilização de cargas não lineares;  falhas no sistema concessionária-fornecedor (descargas atmosféricas, galhos de árvores, vento, etc.);  energização de bancos de capacitores;  ligação ou desligamento de grandes cargas / operações de manobra, rejeição de carga;  ajuste incorreto de taps de transformadores;  partida de grandes motores;  desequilíbrio da rede de distribuição (cargas monofásicas, ausência de transposição de linhas);  etc. Fonte: PPT - Humberto Jorge

34 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL

35 QEE Qualidade da Energia El é trica Efeitos

36 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Transformadores - sobreaquecimento, ressonância entre a sua indutância e as capacidades do sistema, saturação, vibrações nos enrolamentos e desgaste do isolamento entre lâminas  Máquinas rotativas - sobreaquecimento, vibrações, binários pulsantes, etc.  Retificadores e reguladores de tensão - múltipla detecção de cruzamento, valores elevados de dV/dt que podem levar ao disparo indevido de tiristores, etc.  Relés de proteção - operações indevidas ou até mesmo impedimento da operação dos mesmos CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE

37 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Disjuntores e fusíveis - perturbação das suas características de interrupção  Aparelhos de medida - diminuição da precisão  Capacitores - aumento da sua dissipação térmica e deterioração do seu dielétrico  Condutores - sobreaquecimento em condutores de neutro  Telefones - a proximidade entre linhas telefónicas e condutores eléctricos propiciam a indução de ruído nos canais telefónicos  Equipamentos e instrumentos eletrônicos - mau funcionamento CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE

38 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Efeitos  perdas elétricas excessivas  efeito pelicular  perda de vida útil de equipamentos  funcionamento anormal de dispositivos de comando e de proteção  multas por baixo FP e violação de índices  operação anormal de acionamentos: torques pulsantes sub ou sobrevelocidade  danos devido a sobretensões harmônicas  sobrecarregamento de condutores/dispositivos e equipamentos de transporte de energia  etc CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE

39 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL

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41 Impacto nos transformadores  Se o transformador está dimensionado em função da potência aparente, a presença de harmônicas resulta num valor eficaz superior ao nominal  As correntes de Foucault que resultam da magnetização do transformador originam perdas que são proporcionais ao quadrado da frequência

42 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Cargas ricas em harmônicas causam dois problemas principais em transformadores:  Correntes Harmônicas múltiplas da ordem 3 que circulam em enrolamentos em delta aumentando as perdas resistivas, a temperatura de operação e reduzindo a capacidade de carga efetiva  Correntes harmônicas de ordem superior que por serem de alta frequência aumentam as perdas magnéticas e aumentam as correntes parasitas

43 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Fator K nos Transformadores Fonte: PROCOBRE

44 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Mundo real Seleção e gerenciamento  Pequenas mudanças na carga produzem um largo efeito no tempo de vida  Descrescimo de carga e definição de teto  Análise constante em relação ao tempo de vida quando Adicionar novas cargas Fazer mudanças em filtros harmônicos das instalações

45 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Impacto nos motores  As harmônicas de tensão originam perdas suplementares (devido às correntes de Foulcaut) que diminuem a eficiência dos motores.  As harmónicas de tensão induzem harmônicas de corrente nos rotores dos motores que produzem binários pulsantes responsáveis por vibração das máquinas

46 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Impacto nos capacitores  A presença de harmônicas de tensão faz circular nos circuitos com capacitores correntes superiores à corrente nominal porque  Não deve ser desprezado o efeito amplificador que os circuitos ressonantes LC têm muitas vezes.

47 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Fonte: Livro Power Quality in Electrical Machines and Power Systems

48 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Eficiência Energética de Equipamentos e Instalações PROCEL Tabela Implicações de alguns distúrbios da qualidade da energia elétrica pg 532

49 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL QEE Qualidade da Energia El é trica Tipos de dist ú rbios

50 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Distúrbios  TRANSITÓRIOS, dos tipos impulsivos ou oscilatórios.  VARIAÇÕES DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO, que podem ser instantâneas, momentâneas, ou temporárias.  VARIAÇÕES DE TENSÃO DE LONGA DURAÇÃO, que podem ser de três tipos: interrupcões, subtensões ou sobretensões sustentadas.  DESEQUILÍBRIOS DE TENSÃO, causados por má distribuição de cargas monofásicas, e que fazem surgir no circuito tensões de seqüência negativa.  DISTORÇÕES DA FORMA DE ONDA, que podem ser classificadas em cinco tipos: nível CC, harmônicos, interharmônicos, "notching", e ruídos.  OSCILAÇÕES DE TENSÃO, que são variações sistemáticas dos valores eficazes da tensão de suprimento (dentro da faixa compreendida entre 0,95 e 1,05 pu), e que podem ser aleatórias, repetitivas ou esporádicas.  VARIAÇÕES DA FREQUÊNCIA DO SISTEMA, que são definidas como sendo desvios no valor da freqüência fundamental deste sistema (50 ou 60Hz).

51 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Typical Power Quality Problems

52 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Typical Power Quality Problems

53 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Typical Power Quality Problems

54 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Harmônicos Fonte: Livro CONSERVAÇÃO DE ENERGIA PROCEL

55 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL POTÊNCIA  potência instantânea p é dado pelo produto da tensão pela corrente e é formado pelas seguintes parcelas: Uma parcela correspondente à energia fornecida de modo irreversível pela fonte ao circuito e seu valor médio fornecido é chamado de potência ativa; A outra parcela corresponde à energia trocada reversivelmente entre a fonte e o circuito. O seu valor máximo V I sen  é chamado de potência reativa.

56 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL POTÊNCIA ATIVA  Potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc.  É medida em kW

57 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL POTÊNCIA REATIVA  Potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas.  É medida em kVAR

58 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Como exemplo de cargas que consomem energia reativa tem - se: · Transformadores, · Motores de indu ç ão, · Fornos de indu ç ão, · Reatores, etc. CARGAS INDUTIVAS

59 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL CARGAS CAPACITIVAS  Como exemplo de cargas que fornecem energia reativa tem - se: · Capacitores, · Motores síncronos superexcitados, · Condensadores síncronos, etc.

60 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL O que é o fator de potência ? Pode ser entendido como um valor que reflete com a energia está sendo utilizada. Para o funcionamento de determinadas cargas, p.ex. motor, são necessários dois tipos de potência: Ativa e Reativa. Ativa para fazer o motor girar; Reativa para permitir o giro do motor(magnetizar o núcleo). Mostra a relação entre a energia útil (Ativa - W) e a energia total (Aparente - VA) fornecida pelo sistema. Fator de Potência

61 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Fundamentos Circuitos de corrente alternada Fonte: Hyperphysics. Nave, Z é a impedância, que equivaleria ao resistor dos circuitos de corrente contínua Circuito RLC em série Diagrama de fase Circuito RLC em paralelo

62 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL A importância do fator de potência

63 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Desvantagens de um baixo FP  A máxima potência ativa absorvível da rede é fortemente limitada pelo FP;  As harmônicas de corrente exigem um sobredimensionamento da instalação elétrica e dos transformadores, além de aumentar as perdas (efeito pelicular);  A componente de 3a harmônica da corrente, em sistema trifásico com neutro, pode ser muito maior do que o normal;  O achatamento da onda de tensão, devido ao pico da corrente, além da distorção da forma de onda, pode causar mau- funcionamento de outros equipamentos conectados à mesma rede;  As componentes harmônicas podem excitar ressonâncias no sistema de potência, levando a picos de tensão e de corrente, podendo danificar dispositivos conectados à linha.

64 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Graficamente Circuito indutivo A corrente está defasada em 90 o O fator de potência é zero (O) A impedância varia: X L =V/L I = V/ X L Circuito capacitivo A corrente está defasada em - 90 o O fator de potência é zero (O) A impedância varia: X C =V/C I = V/ X C Circuito resistivo Corrente e tensão estão em fase O fator de potência é um (1) A impedância é igual à resistência (Z=R) I = V/R Fonte: Hyperphysics. Nave, 2003.

65 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Flicker – O que é ?  uma mudança perceptível da intensidade luminosa  Geralmente causada pro pequenas flutuações de tensão  Raramente prejudicial para o equipamento eletrônico  Causa mal-estar devido as mudanças de iluminação

66 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL É importante ?  Sim!  Problema muito comum em QEE  É irritante  Pode causar problemas relativos a epilepsia

67 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL 67 Seus efeitos dependem de  com que regularidade a tensão flutua  a frequência do flicker  iluminação ambiente

68 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL 68 Flicker - causas  Fornos à arco  Motores de indução com altas correntes in- rush  Soldas à arco  Mal funcionamento de equiapmentos com eletrônica de potência  Qualquer grande variação de carga

69 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Quality Study

70 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL QEE Qualidade da Energia El é trica An á lise e Diagn ó stico

71 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL ESTUDOS DE QEE METODOLOGIA METODOLOGIA - SIMULAÇÃO DE REDES - MEDIÇÕES EM CAMPO - ANÁLISE DE RESULTADOS IMPORTÂNCIA DE INVESTIGAÇÕES CONCESSIONÁRIAS: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS NA REDE, MELHORIA DE INDICADORES. CONSUMIDORES: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS EM SUA PLANTA, AVALIAÇÃO DA SENSIBILIDADE DE PROCESSOS.

72 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL ANÁLISE E DIAGNÓSTICO (INFORMAÇÕES FUNDAMENTAIS : PRÉ-MONITORAMENTO) NATUREZA DO PROBLEMA CARACTERÍSTICAS DOS EQUIPAMENTOS AFETADOS QUANDO E COMO OS PROBLEMAS OCORREM OUTROS PROBLEMAS COINCIDENTES EXISTEM EQUIPAMENTOS DE CONDICIONAMENTO DADOS DO SISTEMA ELÉTRICO

73 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL AVALIAÇÃO DE PROBLEMAS DE QUALIDADE IDENTIFICAÇÃOCATEGORIA CARACTERIZAÇÃO ALTERNATIVAS ANÁLISE DAS SOLUÇÕES SOLUÇÃO ÓTIMA REGULAÇÃO E AFUNDAMENTOS FLICKER TRANSITÓRIOS HARMÔNICOS DESBALANÇO INTERRUPÇÕES CAUSAS CAUSAS MEDIÇÕES/COLETA DE DADOS CARACTERÍSTICAS IMPACTO NO EQUIPAMENTO IMPACTO NO EQUIPAMENTO TRANSMISSÃO DISTRIBUIÇÃO CLIENTE ESPECIFICAÇÃO/EQUIPAMENTO AVALIAÇÃO ECONÔMICA DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES AVALIAÇÃO ECONÔMICA DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES DIAGNÓSTICO/RECOMENDAÇÕES ALTERNATIVAS TÉCNICAS DIAGNÓSTICO/RECOMENDAÇÕES ALTERNATIVAS TÉCNICAS

74 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL PREVENÇÃO E SOLUÇÃO

75 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL

76 Simuladores  MATLAB (http://www.mathworks.com/)  PSPICE (https://www.cadence.com)  PSIM (http://www.powersimtech.com/)

77 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Congressos ICHQP - International Conference on Harmonics & Quality of Power SBQEE - Seminário Brasileiro sobre Qualidade de Energia Elétrica Induscon - Conferência Internacional em Aplicações Industriais COBEP - Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência

78 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL NORMAS E ORGANIZAÇÕES RELACIONADAS COM QUALIDADE DE ENERGIA  EN50160: é uma norma que cobre flicker, interharmônicas, desvios/variações de tensão, e muito mais.  IEC : é uma norma de medição de flicker que inclui especificações para medidores.  IEC : descreve uma técnica de medição padrão para harmônicas.  IEEE 519 (1992): é uma prática recomendada pela IEEE, utilizada principalmente por concessionárias de energia nos EUA. Descreve níveis aceitáveis de harmônicas para o ponto de entrega de energia pela concessionária.  IEEE 1159 (1995): é uma prática recomendada pela IEEE para monitoração e interpretação apropriada dos fenômenos que causam problemas de qualidade de energia.  CBEMA: Computer and Business Equipment Manufacturers Association define os níveis de suportabilidade de equipamentos, em função da magnitude da tensão e da duração do distúrbio. Distúrbios que caiam fora da curva podem causar danos aos equipamentos.

79 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL CBEMA curve for susceptibility of 120V Computer Equipment Computer Business Equipment Manufacturers Association Early 1980’s CBEMA designed the curve to point out ways in which system reliability could be provided for electronic equipment EQUIPMENT DAMAGE EQUIPMENT FAILURE

80 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Fonte: Fluke ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE  ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE

81 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL FLUXOGRAMA INICIAL PARA ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE

82 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Fonte: Fluke

83 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Trade-offsCostProviders Trade-offsCostProviders Trade-offsCostProviders Primarily revenue grade meters, limited PQ/PR capability Require expensive infrastructure, including full back-end integration with utility billing system System cost borne by utility $800/monitor + monthly charge ION GE SmartSynch Automatic Metering Systems Multiple monitor internal network (Internet/Ethernet for external communications) Require significant hardware, software, infrastructure $10,000-$25,000 (system) $800-$4,000 (monitor) $400-$3000/yr (operating) Dranetz/BMI PML RPM High-End Monitoring Systems Stand alone ‘instruments’, no networking or data aggregation Labor intensive use, especially with multiple monitors ~$1,000 to $2,500 Fluke Dranetz/BMI PML RPM Low-End Monitors PQ Monitoring: Existing Solutions  Typically provide multi-function monitoring Voltage, current, power, VAR, energy, harmonics

84 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Ver apresentação Fluke measurement-for-pq-maintenence.ppt

85 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Estudo de caso Situação Um prédio comercial moderno, voltado essencialmente para desenvolvimento de softwares continha um grande número de PCs e outros equipamentos eletrônicos de escritório. Estas cargas eletrônicas eram alimentadas por um transformador de 120/208V configurado com um delta primário e um Y secundário. Os PCs estavam bem distribuídos pelo prédio, exceto por uma grande sala que continha muitas máquinas. Os PCs nesta sala, usados exclusivamente para testes, eram servidos por muitos circuitos ramificados. O transformador e a chave de distribuição principal localizavam-se numa sala elétrica do andar térreo.

86 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  A inspeção desta sala revelou imediatamente dois sintomas de correntes harmônicas altas: O transformador estava gerando uma quantidade substancial de calor. O painel principal emitiu um zumbido audível. O som não era a trepidação comumente associada a um interruptor de circuito defeituoso, mas um profundo zumbido ressonante que indicou que as partes mecânicas do próprio painel estavam vibrando.

87 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL

88 Segurança na medição

89 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Todos os instrumentos devem estar calibrados e testados por institui ç ões independentes Deve-se indicar a categoria de opera ç ão Overvoltage Category ( CAT I, II, III, IV ) e o n í vel de tensão (300, 600, 1000 Volts) Considerações

90 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Categoria de utilização  CAT IV - Electricity meters and primary connection  CAT III - Permanent connection to the fixed installation.  CAT II - Appliances, portable tools etc.  CAT I - Protected electronic circuits.

91 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Voltage Rating per Category Test Impulse Rating

92 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Measurement Methods  Both Clamp Meter’s are calibrated and functioning correctly 59.2 A AC 59.2 A AC 40.5 A AC 40.5 A AC

93 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Quality Troubleshooting & Surveys  Measurements 1.Volts Amps & Frequency 2.Power 3.Harmonics 4.Dips & Swells 5.Transients 6.Unbalance 7.Flicker 8.Inrush 9.Temperature

94 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Temperature  Many power quality problems initially result in an increase in temperature of components, connectors, cables and machinery  Infra red non contact measurement is the ideal way to locate this type of problem

95 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Why infrared non-contact measurement? 1) Measurement from distance  Dangerous to contact (Electrical)  Difficult to reach  Moving objects 2) Measurement without contact  Very hot objects  Where contact would damage, contaminate or change temperature (Food & Chemical)

96 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Example Substations

97 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Both qualitative and quantitative inspections are Required to determine a fault

98 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Electrical connections The connections on this evaporator pump read over 50 degrees hotter on phase 3

99 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  The temperature readouts show that connection on the centre phase of this main lighting disconnect are hot, suggesting an unbalanced load Electrical connections

100 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Electrical connections

101 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Electrical unbalance or overload?

102 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Electrical unbalance or overload?  Where is the increased resistance? On the left or on the right contact?  A hot spot is not necessarily a faulty connection!

103 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Single Phase Troubleshooting Fluke 345 Power ClampFluke 43B Analyzer

104 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Three Phase Troubleshooting Fluke 435 Power Quality Troubleshooter Fluke 1735 Power Logger

105 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Quality Logging Fluke 1740 Series Power Quality Logger Fluke 1760 Power Quality Logger

106 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Thermal Imaging FlukeTi20 Thermal Imaging Camera

107 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL QEE Qualidade da Energia El é trica Solu ç ões

108 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções InterrupçõesInterrupção total da alimentação elétrica Curto-circuitos, descargas atmosféricas, e outros acidentes que exijam manobras precisas de fusíveis, disjuntores, etc. Queda do sistema Danificação de componentes Perda de produção UPS Geradores de emergência (interrupções de longa duração)

109 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções TransientesDistúrbio na curva senoidal, resultando em rápido e agudo aumento de tensão Descargas atmosféricas Manobras da concessionária Manobras de grandes cargas e bancos de capacitores Travamento, perda de memória e erros de processamento Queima de placas eletrônicas, danificação de materiais de isolação e de equipamentos Supressores de transientes UPS com supressores de transientes Transformado res de isolação

110 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções Sag / SwellSubtensões (sags) ou sobretensões (swells) curtas (meio ciclo até 3 segundos) Sags respondem por cerca de 87% de todos os distúrbios elétricos Queda/Partida de grandes equipamentos Curto-circuitos Falha em equipamentos ou manobras da concessionária Perda de dados e erros de processamento Desligamento de equipamentos Oscilações em motores com redução de vida útil UPS Reguladores de tensão

111 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções RuídosSinal indesejado de alta freqüência que altera o padrão normal de tensão (onda senoidal) Interferência de estações de rádio e TV Operação de equipamentos eletrônicos Travamentos, perda de dados e erros de processamento Recepções distorcidas (audio e video) UPS Transformado res de isolação Filtros de linha

112 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções HarmônicosAlteração do padrão normal de tensão (onda senoidal), causada por freqüências múltiplas da fundamental (50-60Hz) UPS, Reatores eletrônicos, inversores de freqüência, retificadores e outras cargas não-lineares. Sobreaquecime nto de cabos e equipamentos Diminuição da performance de motores Operação errônea de disjuntores, relés e fusíveis Filtros de harmônicas Reatores de linha Melhorias na fiação e no aterramento Transformado res de isolação

113 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES ( Fonte: Engecomp ) DistúrbioDescriçãoCausasEfeitosSoluções Variações de Tensão de Longa Duração Variações de tensão com duração acima de 1 minuto Equipamentos e fiação sobrecarregados Utilização imprópria de transformadores Fiação subdimensionada ou conexões mal feitas Desligamento de equipamentos Sobreaquecime nto de motores e lâmpadas Redução de vida útil ou de eficiência dos equipamentos UPS Verificar conexões e fiações elétricas Transferência de equipamentos para outros circuitos

114 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Quality solutions  Back-up generator(s)  Dynamic voltage restorers  Harmonic filter (passive)  Isolation transformers  Line conditioners or active filters  Multiple independent feeder  Oversizing equipment (transformers, motors) and cables (line and especially neutral conductors)  Shielding and grounding  Static transfer switches  Static Var Compensator  Surge protectors on key pieces of equipment  Uninterruptible power supply (UPS) devices  Voltage stabilisers

115 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Static UPS LOAD Mains 1 Primary Supply Mains 2 Bypass Supply

116 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Dual Conversion On-Line UPS System

117 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Static Var Compensator  Consists of electronically switched capacitor and/or inductor.  Some SVC technologies Thyristor Controlled Reactor (TCR) with fixed capacitor (FC) TCR with thyristor switched capacitor (TSC).

118 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Types of Filters  Passive filters provide low impedance path to ground at resonance frequency, use tuned RLC components, economical.  Active filters inject harmonic currents (or voltages) out of phase with the ambient harmonics, use components such as switches and amplifiers, expensive.

119 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Passive Filters  Series tuned circuit offers very low impedance at resonance frequency  Parallel tuned circuit offers very high impedance at resonance frequency

120 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL FACTS-Flexible AC Transmission Systems Sistemas Flexíveis de Transmissão em CA Sistemas sofisticados com tecnologia de ponta destinados a obter : Transmissão de potência em condições ótimas, com máxima qualidade e eficiência

121 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Static Condenser (STATCOM)  FACTS and Custom Power Device reactive power compensation, voltage regulation (by reactive power compensation), harmonic current compensation.  Behaves as a voltage source connected in shunt to the power system through an inductor.

122 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL FILTRO ATIVO

123 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL EXEMPLO DE APLICA Ç ÃO Compensa ç ão atrav é s de Filtro Ativo de Potência

124 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Systems Filtros de harmônicas ativos Substations Filtro ativo shunt Filtro ativo série © ABB Power Technologies BA PSS

125 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Systems Filtros de harmônicas ativos Substations Filtro ativo shunt e série Filtro ativo shunt em paralelo com filtro passivo shunt © ABB Power Technologies BA PSS

126 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Systems Filtros de harmônicas híbridos Substations Filtro ativo série em paralelo com filtro passivo shunt Filtro ativo série em série com filtro passivo shunt © ABB Power Technologies BA PSS

127 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Vídeo ABB – Filtros Ativos

128 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Voltage dips / sags Dips are mainly caused by short circuits > 10 % < 2 s Dip

129 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Flywheel

130 Dynamic Voltage Restorer

131 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Statcom

132  Summary

133 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Applying Protection-Building Overview Process Manufacturing Critical Load Non Essential Loads Essential Loads Data Centre Critical Load Sub Station Air Conditioning Canteen

134 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Power Solutions Power Problem Automatic Voltage Stabiliser (AVS) Motorised Automatic Voltage Stabiliser (AVS) Electronic Power Conditioner CVT Ferro Resonate UPS (online) Dual Conversion DVRs Dynamic Voltage Restorers Blackout / Power Failures   Sags / Brownouts Surges / Overvoltage s  Spikes / Transients   High Frequency Noise   Frequency Variation  

135 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  Selecting a Solution  Sizing the Equipment  Site Considerations  System Configuration  Autonomy (Battery Back-up time)  Communications Specification Considerations

136 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Selecting a Solution What do we need to know? The Disturbance The Severity The Duration The Source The Effect

137 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Combined Therapies Process Manufacturing Critical Load Non Essential Loads Essential Loads Data Centre Critical Load Sub Station Air Conditioning Canteen UPS AMF Back up Generator DVR

138 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL learner/jsp/clients/APC/customer/login.jsp

139 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Atividades – Grupos (no máx. 3 alunos/ no mín. 2 alunos) Elaborar e apresentar um artigo conforme modelo disponível no site da disciplina sobre temática a seguir:

140 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Tema 1:Visão dos Atores O que é Gestão de Energia ? O que é Qualidade da Energia Elétrica ? Qual a influência da qualidade de energia na gestão de energia ? Apresentar e discutir diferentes pontos de vista dos atores: comercial industrial residencial concessionária governo

141 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Tema 2: Estudo de caso apresentação de problema relacionado a QEE Discutir: metodologia do diagnóstico solução empregada

142 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Tema 3:Soluções e Tecnologias Apresentação de solução tecnológica: produto ou processo que contribua para melhorar o uso final de energia Ressaltar: vantagens/desvantagens comparações

143 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL Dinâmica da Avaliação Enviar atividade via eletrônica por até o dia 8/abr apresentação tempo (15 min) perguntas da sala (5 min) Cada integrante deverá enviar avaliação individual de cada membro da equipe (sua e dos colegas) – notas de 0-10 Nota será composta por: 30%  média das avaliações dos membros da própria equipe 40%  média das avaliações das outras equipes da classe sobre a apresentação do grupo 30%  avaliação do professor

144 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL  O Mark IV Plus é uma ferramenta para diagnóstico e gestão energética no qual o usuário fornece informações sobre a sua instalação. O programa analisará os dados, fornecendo um relatório com a análise do consumo de energia e medidas de conservação de energia a serem tomadas. O Mark IV Plus apresenta os seguintes módulos de análise: Análise de Contas de Energia, Análise Econômica, Ar Condicionado Central, Ar Condicionado de Janela, Caldeiras, Cogeração, Condensadores a Água, Fornos e Estufas, Iluminação, Motores, Quadros de Distribuição, Refrigeração, Transformadores e Tubulações. O módulo Principal consolida em um único relatório os resultados obtidos pelos demais módulos. Os módulos podem ser executados independentemente, sendo que o de análise econômica serve de auxílio para os demais. Idioma: português  Licença: gratuita


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