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Prof. Dr. Rodrigo Cutri rodrigo.cutri@fsa.br.

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1 Prof. Dr. Rodrigo Cutri

2 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 GERENCIAMENTO DE ENERGIA 1/abr AULA 5 ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 8/abr
Programação das aulas 4/mar AULA 1 ABESCO 11/mar AULA 2 QEE 18/mar AULA 3 25/mar AULA 4 GERENCIAMENTO DE ENERGIA 1/abr AULA 5 ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 8/abr FERIADO 15/abr AULA 6 ILUMINAÇÃO 22/abr AULA 7 REFRIGERAÇÃO E AQUECIMENTO 29/abr AULA 8 APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS 06/MAI AULA 9

4 Empresa em que trabalha
Apresentação Nome Empresa em que trabalha Expectativa em relação ao curso de MBA em Gestão de Energia

5 Conceitos Básicos de Energia

6 Energia Conceitos e definições
É uma propriedade Capacidade de realizar trabalho δQ – δW = dE onde E = U + Ec + Ep O Universo em si é uma manifestação de Energia Vivemos num mundo totalmente dependente da Energia Nosso corpo depende da Energia

7 A manipulação da energia foi a responsável 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 “criá-la” através de outras fontes. O domínio da técnica 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 A escalada energética do Homem
8

9 Energia Conceitos e definições
A energia pode ser obtida não apenas de nossos músculos, mas de uma grande variedade de fontes. Exemplo: Solar Hidráulica Geotérmica Marés Combustíveis fósseis Madeira / Lenha várias outras

10 Energia Conceitos e definições

11 Era da Energia Hoje, como nunca, estamos dando valor à Energia.
Não somente devido ao nosso “APAGÃO”, mas devido ao esgotamento dos recursos energéticos não-renováveis. E também pela preocupação com o Meio Ambiente.

12 1a. Crise do Petróleo (1973) Grandes produtores de petróleo árabes e persas resolveram suspender embarques de petróleo. No auge do inverno do hemisfério norte, a população ocidental experimentou o pior Natal da história, devido à falta de petróleo e problemas de calefação. O preço do barril subiu de US$ 2,84 para quase US$ 13,00. Na Holanda, só era permitido o consumo de 15 litros de gasolina por semana. Na Inglaterra, a indústrias funcionavam apenas 2 dias por semana.

13 2a. Crise do Petróleo (1979) Crise ocasionada por problemas políticos internos no Irã. Guerra Irã-Iraque. Invasão do Líbano por Israel. O preço do barril pulou para US$ 38,50. O mundo ficou meses com falta de 6 milhões de barris por dia.

14 e depois ....

15 Provocou a busca por combustíveis alternativos.
No Brasil, criação do Pró-Álcool em 1974. Expansão da Energia Nuclear. Pesquisas com biomassa, hidrogênio, outros. Criação do PROCEL (Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica) em 1985. Corrida pela “Eficiência” Todo o mundo partiu para o investimento na melhoria de seus equipamentos. Conscientização da necessidade de conservação de energia. No Brasil não houve essa preocupação, pois grande parte de nossa energia provém de fontes hidráulicas. Além disso, nossa energia elétrica era subsidiada pelo Governo, tornando-a muito barata quando comparada com combustíveis fósseis.

16 Sistema energético generalizado

17 USO EFICIENTE DE ENERGIA ELÉTRICA
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. Principais motivadores economia de recursos (postergação de investimentos); aumento de competitividade dos bens e serviços produzidos; proteção e a melhoria do meio ambiente;

18 Qualidade da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica

19 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 NORMA REGULAMENTADORA Nº 10
NR-10 SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE

21 Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos
Conceitos e Definições Gerenciamento da Qualidade de Energia Diagnóstico e Soluções

22 Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos
ANEEL Concessionárias de Distribuição Transmissoras ONS (Operador Nacional do Sistema) Consumidores Fabricantes Centros de Pesquisa

23 2. Conceitos e Definições
Estado da Arte Visão da Experiência Nacional (ONS, Concessionárias, etc.) Visão da Experiência Internacional IEEE, IEC Concessionárias

24 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 Uma boa definição para o problema de qualidade de energia é:
"Qualquer problema de energia manifestado na tensão, corrente ou nas variações de freqüência que resulte em falha ou má operação de equipamentos". Edgard Franco - ENGECOMP

26 - QUALIDADE DE ENERGIA - UMA QUESTÃO DE ECONOMIA
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 da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica Causas

28 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 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 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

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33 Causas de problemas de QEE utilização de cargas não lineares;
Fonte: PPT - Humberto Jorge 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.

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35 Qualidade da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica Efeitos

36 CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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

37 CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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

38 CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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

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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 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 The secondly issue is that the magnetic and eddy current losses are increased because of the higher frequency of the harmonic currents. The consequent increase in working temperature further reduces the capacity of the transformer.

43 Fator K nos Transformadores
So there are two basic approaches; either build the transformer for the expected duty or de-rate a standard unit to allow it to cope. In the US, UL have established a figure of merit which describes how well a unit can cope with harmonic loads, known as K Factor. In Europe, a standard has been produced to specify how a transformer should be de-rated, known, with a certain lack of imagination, as factor K. Fonte: PROCOBRE

44 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 The issues here are of selection and management of the transformer. The last few slides have shown how a relatively small change in loading - apparently still well below the capacity of the transformer - has a very large and potentially expensive effect on transformer lifetime. The first step is to look carefully at the derating required, and then add the headroom required for comfort. The second step, equally or more important, is to ensure that management practices maintain this derating for the life of the transformer. The original specifier may have selected a 100kVA unit for a 60kVA load, but the rating plate still says 100 kVA! Particular care needs to be taken not only when adding new load but also when making changes to the harmonic filters in the installation.

45 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 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 Fonte: Livro Power Quality in Electrical Machines and Power Systems

48 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Eficiência Energética de Equipamentos e Instalações PROCEL Tabela Implicações de alguns distúrbios da qualidade da energia elétrica pg 532

49 Qualidade da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica Tipos de distúrbios

50 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 Typical Power Quality Problems

52 Typical Power Quality Problems

53 Typical Power Quality Problems

54 Fonte: Livro CONSERVAÇÃO DE ENERGIA PROCEL
Harmônicos Fonte: Livro CONSERVAÇÃO DE ENERGIA PROCEL

55 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 POTÊNCIA ATIVA Potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc. É medida em kW

57 POTÊNCIA REATIVA Potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em kVAR

58 Como exemplo de cargas que consomem energia reativa tem - se:
CARGAS INDUTIVAS Como exemplo de cargas que consomem energia reativa tem - se: ·  Transformadores, ·  Motores de indução, ·  Fornos de indução, ·  Reatores, etc.

59 CARGAS CAPACITIVAS Como exemplo de cargas que fornecem energia reativa tem - se: ·  Capacitores, ·  Motores síncronos superexcitados, ·  Condensadores síncronos, etc.

60 Fator de Potência 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.

61 Fundamentos Circuitos de corrente alternada
Z é a impedância, que equivaleria ao resistor dos circuitos de corrente contínua Circuito RLC em série Diagrama de fase Circuito RLC em paralelo Fonte: Hyperphysics. Nave, 2003.

62 A importância do fator de potência

63 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 Graficamente Circuito indutivo A corrente está defasada em 90o
O fator de potência é zero (O) A impedância varia: XL=V/wL I = V/ XL Circuito capacitivo A corrente está defasada em - 90o A impedância varia: XC=V/wC I = V/ XC 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 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 É importante ? Sim! Problema muito comum em QEE É irritante
Pode causar problemas relativos a epilepsia

67 Seus efeitos dependem de
com que regularidade a tensão flutua a frequência do flicker iluminação ambiente 67

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 68

69 Power Quality Study

70 Qualidade da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica Análise e Diagnóstico

71 IMPORTÂNCIA DE INVESTIGAÇÕES
ESTUDOS DE QEE 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 CARACTERÍSTICAS DOS EQUIPAMENTOS AFETADOS
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 AVALIAÇÃO DE PROBLEMAS DE QUALIDADE
IDENTIFICAÇÃO CATEGORIA REGULAÇÃO E AFUNDAMENTOS FLICKER TRANSITÓRIOS HARMÔNICOS DESBALANÇO INTERRUPÇÕES CAUSAS MEDIÇÕES/COLETA DE DADOS CARACTERÍSTICAS IMPACTO NO EQUIPAMENTO CARACTERIZAÇÃO TRANSMISSÃO DISTRIBUIÇÃO CLIENTE ESPECIFICAÇÃO/EQUIPAMENTO ALTERNATIVAS DIAGNÓSTICO/RECOMENDAÇÕES ALTERNATIVAS TÉCNICAS ANÁLISE DAS SOLUÇÕES AVALIAÇÃO ECONÔMICA DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES SOLUÇÃO ÓTIMA

74 PREVENÇÃO E SOLUÇÃO

75

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

77 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 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 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 ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE
Fonte: Fluke

81 FLUXOGRAMA INICIAL PARA ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE

82 Fonte: Fluke

83 PQ Monitoring: Existing Solutions
Typically provide multi-function monitoring Voltage, current, power, VAR, energy, harmonics Trade-offs Cost Providers 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 Low-End Monitors

84 Ver apresentação Fluke
measurement-for-pq-maintenence .ppt

85 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 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

88 Segurança na medição

89 Considerações Todos os instrumentos devem estar calibrados e testados por instituições independentes Deve-se indicar a categoria de operação Overvoltage Category ( CAT I, II, III, IV ) e o nível de tensão (300, 600, 1000 Volts) 35 7 7

90 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. 17 11 11 39

91 Voltage Rating per Category Test Impulse Rating
37 9 9

92 Measurement Methods 59.2 A AC 40.5 A AC
Both Clamp Meter’s are calibrated and functioning correctly 59.2 A AC 40.5 A AC

93 Power Quality Troubleshooting & Surveys
Measurements Volts Amps & Frequency Power Harmonics Dips & Swells Transients Unbalance Flicker Inrush Temperature

94 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 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 Example Substations

97 Both qualitative and quantitative inspections are Required to determine a fault

98 Electrical connections
The connections on this evaporator pump read over 50 degrees hotter on phase 3

99 Electrical connections
The temperature readouts show that connection on the centre phase of this main lighting disconnect are hot, suggesting an unbalanced load

100 Electrical connections
A PVC cable should not exceed 70 C in Europe, meaning 40 C for max ambient temperature and 30 C for overheating above ambient. Note. In the USA made application notes the value mention for overheating is 40 C, not 30 C

101 Electrical unbalance or overload?

102 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 Single Phase Troubleshooting
Fluke 345 Power Clamp Fluke 43B Analyzer

104 Three Phase Troubleshooting
Fluke 435 Power Quality Troubleshooter Fluke 1735 Power Logger

105 Fluke 1740 Series Power Quality Logger Fluke 1760 Power Quality Logger
Power Quality Logging Fluke 1740 Series Power Quality Logger Fluke 1760 Power Quality Logger

106 FlukeTi20 Thermal Imaging Camera

107 Qualidade da Energia Elétrica
QEE Qualidade da Energia Elétrica Soluções

108 Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp) Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções Interrupções Interrupção 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 Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp) Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções Transientes Distúrbio 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 Transformadores de isolação

110 RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções Sag / Swell Subtensões (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 RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções Ruídos Sinal 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 Transformadores de isolação Filtros de linha

112 RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções Harmônicos Alteração 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. Sobreaquecimento 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 Transformadores de isolação

113 RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções 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 Sobreaquecimento 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 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 Static UPS Mains 2 Bypass Supply Mains 1 Primary Supply LOAD

116 Dual Conversion On-Line UPS System
A simple block diagram of the key blocks in a Dual Conversion UPS System. We shall discuss the various functions.

117 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 Types of Filters Passive filters Active 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 Passive Filters Series tuned circuit offers very low impedance at resonance frequency Parallel tuned circuit offers very high impedance at resonance frequency

120 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 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 FILTRO ATIVO

123 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Compensação através de Filtro Ativo de Potência

124 Filtros de harmônicas ativos
Power Systems Filtros de harmônicas ativos Substations Filtro ativo shunt Filtro ativo série © ABB Power Technologies BA PSS

125 Filtros de harmônicas ativos
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 Filtros de harmônicas híbridos
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 Vídeo ABB – Filtros Ativos

128 Voltage dips / sags > 10% < 2 s Dip
Dips are mainly caused by short circuits A voltage dip is a decrease of the supplying voltage with 10-99% of the rated voltage for a short period of time (typically <2s). There is a clear distinction between a voltage dip and a outages, by the presence of some remaining voltage and its duration. Dips are mainly caused by short circuits in the public electricity grid, in which lighting, ground digging and all kinds of animals are typical examples.

129 Flywheel Flywheel Basic principle : energy to feed the load for a short duration (15 sec) is stored in a flywheel. If the grid is not present anymore the mechanical energy is converted in electric energy through power electronics and or motor/generators sets. Different topologies exist, which will not be discussed in detail. Most important is, that flywheels protect the load from all grid problems (dips and outages) up to a small time limit

130 Dynamic Voltage Restorer
An interesting and promising technique that has outgrown the laboratory stage in the last years is a Dynamic Voltage Restorer. A big difference between the DVR and a UPS : DVR will not interrupt the connection between grid and load. If a dip occurs DVR measures the remaining voltage and adds the missing part. Some DVR’s contain energy storage (capacitors or batteries) to add this voltage, others take energy from the grid. The DVR does not protect against outages

131 Statcom The statcom is a current source whereas the previously described DVR is a voltage source. During a voltage dip the statcom injects a current and consequently lifts the voltage to the load. Statcoms are currently applied for harmonic filtering and reactive compensation, there are not many commercially available products that correct for voltage dips.

132 Summary

133 Applying Protection-Building Overview
Process Manufacturing Critical Load Non Essential Loads Essential Loads Data Centre Sub Station Air Conditioning Canteen

134  Power Solutions  Power Problem Blackout / Power Failures
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 / Overvoltages Spikes / Transients High Frequency Noise Frequency Variation

135 Specification Considerations
Selecting a Solution Sizing the Equipment Site Considerations System Configuration Autonomy (Battery Back-up time) Communications

136 Selecting a Solution What do we need to know? The Disturbance
The Severity The Duration The Source The Effect

137 Combined Therapies DVR Process Manufacturing AMF Critical Load UPS
Non Essential Loads Essential Loads Data Centre Sub Station Air Conditioning Canteen DVR AMF Back up Generator UPS Combined Therapies

138 http://lms. globalknowledge

139 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 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 Tema 2: Estudo de caso apresentação de problema relacionado a QEE Discutir: metodologia do diagnóstico solução empregada

142 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 Dinâmica da Avaliação Nota será composta por:
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 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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