Diretoria Técnica Superintendência de Operação do Sistema Gerência de Qualidade do Serviço.

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1 Diretoria Técnica Superintendência de Operação do Sistema Gerência de Qualidade do Serviço

2 Qualidade da Energia Elétrica Maria Jovita Villela Siqueira Uma Visão da ÁreaUma Visão da Área

3 ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO Conceitos Gerais Harmônicos Desequilíbrios de Tensão Flutuação de Tensão e Efeito Flicker Variações de Tensão de Curta Duração – VTCDs Transitórios Impactos Econômicos Procedimentos da Distribuição - PRODIST1.2.3.4.5.6.7.8.

4 Conceitos Gerais

5 O Termo Qualidade da Energia Elétrica está relacionado com qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude, forma de onda ou freqüência da tensão e/ou corrente elétrica. Esta designação também se aplica às interrupções de natureza permanente ou transitória que afetam o desempenho da transmissão, distribuição e utilização da energia elétrica.

6 Qualidade da Energia = Qualidade da Tensão? v - Qualidade Controlável i - Qualidade Não-Controlável A influência do Concessionário: v - Qualidade Controlável i - Qualidade Não-Controlável

7 Distorções da Forma de onda Desequilíbrios Variações no valor eficaz da tensão Flicker Variações de tensão de curta duração Transitórios Interrupções Itens que caracterizam uma rede com problemas de qualidade

8 EXEMPLOS DE PERDA DE QUALIDADE DA TENSÃO

9 Qualidade da Energia Elétrica qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude, forma de onda ou freqüência da tensão e/ou corrente elétrica... Efeitos sobre Equipamentos Fontes de Distúrbios Propagação dos Efeitos Técnicas de Medição Mitigação dos Problemas Normas e Recomendações

10 A MOTIVAÇÃO u Sensibilidade dos equipamentos à qualidade da tensão de suprimento; u A crescente aplicação de equipamentos que utilizam eletrônica de potência e outros; u O impacto de algumas medidas para a racionalização e conservação energética; u As maiores exigências impostas pelos consumidores; u Implicações de ordem econômica.

11 Crescimento das Cargas Eletrônicas nos EUA Crescimento das Cargas Eletrônicas

12 0.1 1101001000 Tempo em ciclos 0 20 40 60 80 100 Região de Má Operação: n VCRs n Fornos de Microondas n Relógios Digitais Tensão (% da Nominal) EXEMPLOS DE SENSIBILIDADE DE PEQUENAS CARGAS EXEMPLOS DE SENSIBILIDADE DE PEQUENAS CARGAS Eletrodomésticos

13 NÍVEL DE SENSIBILIDADE ÀS VARIAÇÕES DE TENSÃO DE VÁRIOS COMPONENTES E EQUIPAMENTOS NÍVEL DE SENSIBILIDADE ÀS VARIAÇÕES DE TENSÃO DE VÁRIOS COMPONENTES E EQUIPAMENTOS Os aparelhos e componentes elétricos possuem requisitos de qualidade de energia elétrica diferentes entre sí.

14 EXEMPLOS DE SENSIBILIDADE DE PEQUENAS CARGAS EXEMPLOS DE SENSIBILIDADE DE PEQUENAS CARGAS Microcomputadores 0.001 0.5 0.01 1.0 0.1 61000 100 30 10 Tempo em Ciclos (60 Hz) 106% 87% 100 115% 30% 0 200 Tensão [%] 400 Nível de Tensão Passível de Ruptura 300 Envoltória da Tensão de Tolerância do Computador Falta de Energia de Armazenamento

15 CUSTOS ESTIMADOS PARA INTERRUPÇÃO DE PROCESSO POR UM INTERVALO INFERIOR A 1 MIN.

16 Motor ~ ~ 20406080100 5 10 15 20 25 30 Vazão [%] Potência Estrangulamento Controle de Velocidade do Motor Primário UM EXEMPLO DE RACIONALIZAÇÃO DA ENERGIA UM EXEMPLO DE RACIONALIZAÇÃO DA ENERGIA

17 AS ORIGENS DOS PROBLEMAS DE QUALIDADE DE QUALIDADE AS ORIGENS DOS PROBLEMAS DE QUALIDADE DE QUALIDADE Ponto de Vista do Consumidor Outros 3% Consumidor Adjacente 8% Consumidor Afetado 12% Concessionária 17% Causas Naturais 60% Ponto de Vista do Concessionário Outros 0% Consumidor Adjacente 8% Consumidor Afetado 25% Concessionária 1% Causas Naturais 66%

18 HarmônicosHarmônicos

19 u Conceito: HARMÔNICOSHARMÔNICOS Correntes e tensões com freqüências correspondentes a múltiplos inteiros da frequência fundamental.

20 Tensão Corrente (%) x100 I I DHI 1 n I VnVn =valor eficaz da tensão de ordem n InIn =valor eficaz da corrente de ordem n V1V1 =valor eficaz da tensão fundamental I1I1 =valor eficaz da corrente fundamental n=ordem da componente harmônica u Definições: Distorção Individual de Tensão e de Corrente. HARMÔNICOSHARMÔNICOS

21 Tensão Corrente VnVn =valor eficaz da tensão de ordem n InIn =valor eficaz da corrente de ordem n V1V1 =valor eficaz da tensão fundamental I1I1 =valor eficaz da corrente fundamental n=ordem da componente harmônica u Definições: Distorção Total de Tensão e de Corrente. HARMÔNICOSHARMÔNICOS

22 GERAÇÃO DE HARMÔNICOS POR FONTES CHAVEADAS 100 90,02 71,5 48,1 26,7 8,9 2,9 7,9 128,03 13579111315DHI Ordem harmônica-n e DHT I (%) 0 20 40 60 80 100 120 140 100 90,02 71,5 48,1 26,7 8,9 2,9 7,9 128,03 13579111315DHT I Ordem harmônica- 0 20 40 60 80 100 120 140 DII (%) Forma de Onda da Corrente Medida DecompisiçãoHarmônica

23 GERAÇÃO DE HARMÔNICOS POR UM INVERSOR DE FREQÜÊNCIA Forma de Onda da Corrente Medida DecompisiçãoHarmônica 100 65,33 28,47 20,44 15,33 11,68 10,58 7,66 8,03 6,57 5,84 5,11 4,74 78,92 135791113151719212325DHTIDHTI Ordem harmônica - n e DHT I (%) 0 20 40 60 80 100 120 DII (%)

24 GERAÇÃO DE HARMÔNICOS POR UMA LÂMPADA FLUORESCENTE COMPACTA (9W/220V) COM REATOR ELETRÔNICO Forma de Onda da Corrente Medida DecompisiçãoHarmônica 100 86,44 71,5 45,76 22,03 14,56 12,47 124,62 135791113DHTIDHTI Ordem harmônica - n e DHT I (%) 0 20 40 60 80 100 120 140 DII (%)

25 DEC HARMÔNICOS Medições de qualidade de energia realizadas, no período da copa, na Bandeirante, Enersul e Escelsa. Brasil 1 x 0Croácia 1º JOGO DO BRASIL - 13/06/2006 (Terça-feira)16h00hsBrasil 1 x 0Croácia The impact of FIFA World Cup 2006 on Power Quality in the electric distribution systems CIRED 2007 – 21 a 24 Maio em Viena

26 DEC HARMÔNICOS As medições harmônicas realizadas na ETD- Bonsucesso, durante o período da copa, indicou a presença da 3ª harmônica tão elevada quanto a 5ª harmônica. Esta medição contribuiu para validação do termo de referência de medição harmônica do Operador Nacional do Sistema (ONS), na contratação de serviço especializado para medição de harmônicos no Sistema Interligado Nacional (SIN).

27 GERAÇÃO DE HARMÔNICOS POR NO-BREAKs Forma de Onda da Corrente Medida DecompisiçãoHarmônica 100 26,2 5,33 8,21 3,14 4,89 2,53 28,68 15711131719DHT I Ordem harmônica - n e DHT I (%) 0 20 40 60 80 100 120

28 Barramento 69 kV DHVTVAN [%]VBN [%]VCN [%] Máximo7,104,607,10 Mínimo1,901,201,40 Médio4,362,874,25 PERFIL TÍPICO DE DISTORÇÃO HARMÔNICA TOTAL DE TENSÃO

29 EFEITOS DE HARMÔNICOS u Sobrecargas e sobreaquecimentos em equipamentos e redução da vida útil; u Sobretensões harmônicas e solicitações do isolamento dos dispositivos; u Operação indevida de equipamentos elétricos; u Aumento do consumo de energia elétrica.

30 Temperatura Vida Útil P totais PPP ferrojouleadicionais PERDAS EM TRANSFORMADORES

31 EFEITOS HARMÔNICOS EM TRANSFORMADORES Vida Útil de um Transformador em Função da Distorção Harmônica de Corrente Tempo de Vida Útil (horas)

32 EFEITOS HARMÔNICOS EM MOTORES DE INDUÇÃO e M.I.T PPP totaisinout PPPPP totaisferrojouleadicionaismecanicas

33 Perdas Elétricas de Um Motor de Indução em Função da Distorção Harmônica de Tensão Perdas Elétricas [%] EFEITOS HARMÔNICOS EM MOTORES DE INDUÇÃO EFEITOS HARMÔNICOS EM MOTORES DE INDUÇÃO

34 EFEITOS HARMÔNICOS EM CABOS ELÉTRICOS Constituição Física dos Cabos Isolados Cabo Tripolar (XLPE)

35 EFEITOS HARMÔNICOS EM CABOS ELÉTRICOS Vida Útil de um Cabo em Função da Distorção Harmônica de Tensão Expectativa de Vida [%] 0 20 40 60 80 100 120 036912 THVD (%)

36 EFEITOS HARMÔNICOS EM CABOS ELÉTRICOS Vida Útil de um Cabo em Função da Distorção Harmônica de Corrente Expectativa de Vida [%] 0 20 40 60 80 100 120 0510152025 THID (%)

37 u Normalização: Valor eficaz da tensão 110%V nominal (12/24hs); Valor de pico da tensão 120% V Pico-nominal ; Valor eficaz da corrente 131% I nominal ; Potência reativa de operação 144% Q C-nominal. EFEITOS HARMÔNICOS EM CAPACITORES

38 R L C C I n n (n) nono nono n Y 0 =G L C BCBC BLBL Z=1/Y Z max =f(n) u Ressonância: EFEITOS HARMÔNICOS EM CAPACITORES

39 EFEITOS HARMÔNICOS EM MEDIDORES DE kWh – TIPO INDUÇÃO EFEITOS HARMÔNICOS EM MEDIDORES DE kWh – TIPO INDUÇÃO

40 Desequilíbrios de Tensão

41 TENSÕES TRIFÁSICAS DESEQUILIBRADAS

42 u Definição: DESEQUILÍBRIOS DE TENSÃO 100 ( ( %x V ou I)TrifásicasGrandezasdasMédia V ou I)MédiadaMáximoDesvio Desequilíbrio 100 ( ( %x V ou I)PositivaSequênciadeComponente V ou I)NegativaSequênciadeComponente Desequilíbrio Alternativamente:

43 Exemplo do Perfil de Desequilíbrio em Distribuição Tensão Nema Comp. Simétrica Desequilíbrio(%) DESEQUILÍBRIOS DE TENSÃO

44 PRINCIPAIS FONTES GERADORAS DE DESEQUILÍBRIOS PRINCIPAIS FONTES GERADORAS DE DESEQUILÍBRIOS u Fornos de Indução u Fornos a Arco u Linhas com Parâmetros Desequilibrados u Cargas Monofásicas u etc...

45 EFEITOS DE DESEQUILÍBRIOS EM MOTORES DE INDUÇÃO MOTORES DE INDUÇÃO EFEITOS DE DESEQUILÍBRIOS EM MOTORES DE INDUÇÃO MOTORES DE INDUÇÃO Efeitos do Desequilíbrio da Tensão na Corrente e Temperatura de um Motor de Indução Trifásico 0 2 3,5 5 Desequilíbrio de Corrente [%] Elevação de Temperatura [ºC] 0 20 40 60 80 100 Desequilíbrio de Tensão [%] 0 2 3,5 5 Desequilíbrio de Corrente [%] Elevação de Temperatura [ºC] 0 20 40 60 80 100 Desequilíbrio de Tensão [%] Operação de Um Motor de Indução Trifásico

46 Flutuação de Tensão e Efeito Flicker Flutuação de Tensão e Efeito Flicker

47 VARIAÇÕES DE TENSÃO

48 Periódica FLUTUAÇÕES DE TENSÃO

49 Fornos a Arco Elétrico. Laminadores. Máquina de Solda Elétrica. Motores (partida, e cargas intermitentes pesadas). Outros: aparelhos de raio-X, tomógrafos, entrada de banco de capacitores, ferrovias eletrificadas, etc. PRINCIPAIS CAUSADORES DAS FLUTUAÇÕES DE TENSÃO PRINCIPAIS CAUSADORES DAS FLUTUAÇÕES DE TENSÃO

50 u Forno à Arco: PRINCIPAIS CARGAS PERTURBADORAS

51 Tensão [kV] Comportamento da tensão de suprimento de um laminador - Barramento de 13,8 kV PRINCIPAIS CARGAS PERTURBADORAS u Laminadores:

52 Tensão Fluxo Luminoso CINTILAÇÃO LUMINOSA (FLICKER)

53 PRINCIPAIS FATORES INFLUENTES Magnitude das variações de tensão: DV; Freqüência: olho humano e lâmpadas; Lâmpadas: tipos, mecanismos de resposta, características nominais; Forma de onda da flutuação de tensão; Outros: indivíduo, luz ambiente, duração/persistência, etc.

54 Obs.: Lâmpadas fluorescentes são também afetadas, porém, em menor intensidade. Variações da tensão de ±0,5% resultam em alterações do fluxo luminoso entre ± 0,4 e 0,9 %. VARIAÇÃO LUMINOSA DE LÂMPADAS INCANDESCENTES VARIAÇÃO LUMINOSA DE LÂMPADAS INCANDESCENTES

55 Variações de Tensão de Curta Duração - VTCDs Variações de Tensão de Curta Duração - VTCDs

56 Seja uma falta que ocorra no sistema da concessionária: Ainda que tal falta seja eliminada em poucos ciclos, ela pode causar afundamentos na tensão de alimentação do consumidor, com a duração também de alguns poucos ciclos. CONSEQUÊNCIA: Tal afundamento pode causar o desligamento de um inversor de uma indústria. Este problema pode ser monitorado á priori, pela empresa distribuidora? POR QUÊ HÁ TANTA DIVERGÊNCIA DE OPINIÕES ENTRE CONSUMIDORES E CONCESSIONÁRIAS?

57 u Causas: Faltas, energização/desenergização de grandes cargas (como motores). u Classificação: Perda temporária de tensão (interrupção temporária) Afundamento temporário de tensão (Voltage Sag) Elevação temporária de tensão (Voltage Swell) VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO

58 Efeito de uma falta tipo fase-terraPartida de um motor de indução Exemplos de Voltage Sag VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO

59 u Voltage Swell: 110% £ VRMS £ 180% 0,5 ciclo £ Dt £ 1 minuto u Causas: Faltas assimétricas, desligamento de grandes motores, etc. Exemplo: Voltage Swell causado por uma falta fase-terra VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO

60 RESULTADOS DE MEDIÇÕES REALIZADAS EM UM SISTEMA REAL (CHESF) RESULTADOS DE MEDIÇÕES REALIZADAS EM UM SISTEMA REAL (CHESF) Afundamentos de tensão em uma barra de 69 kV Histograma das ocorrências de 1998 e 1999, agregadas por nível Afundamentos de tensão em uma barra de 69 kV Histograma das ocorrências de 1998 e 1999, agregadas por duração

61 AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO INVERSOR TIPO PWM AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO INVERSOR TIPO PWM Tensão de Alimentação do Inversor Tensão de Saída do Inversor Afundamento de 30% por 3 ciclos Tensão de Alimentação do Inversor Tensão de Saída do Inversor Afundamento de 20% por 6 ciclos

62 AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM COMPUTADORES AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM COMPUTADORES

63 AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM COMPUTADOR AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM COMPUTADOR a) b) a) Tensão de alimentação b) Tensão na saída Afundamento de 40% com duração de 100 ciclos a) Tensão de alimentação b) Tensão na saída Afundamento de 50% com duração de 11 ciclos

64 AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM REFRIGERADORES DOMÉSTICOS AFUNDAMENTO MOMENTÂNEO DE TENSÃO EM REFRIGERADORES DOMÉSTICOS Interrupção de Tensão com duração de 7 ciclos Afundamento de 40% com duração de 10 ciclos

65 TransitóriosTransitórios

66 TRANSITÓRIOSTRANSITÓRIOS u Conceito: Fenômeno ou quantidade que varia entre dois regimes permanentes consecutivos que denota um evento indesejável e momentâneo em natureza. u Tipos: Transitório Impulsivo - variação súbita e unidirecional da tensão e/ou corrente; Transitório Oscilatório - variação súbita e oscilatória da tensão e/ou corrente;

67 TRANSITÓRIO IMPULSIVO Exemplo de Fenômeno Impulsivo Podem ser bastante fortes em um local e não ter um grande efeito logo à frente (resistências, indutâncias e capacitâncias), em conjunto, podem atenuar (ou até amplificar) os efeitos.

68 TRANSITÓRIO OSCILATÓRIO Energização de bancos de capacitores através de disjuntores (freqüência: entre 300 e 900 Hz, duração: 0,5 a 3 ciclos.)

69 Procedimentos da Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional - PRODIST Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica Procedimentos da Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional - PRODIST Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica http://www.aneel.gov.br/area.cfm?id_area=82

70 OBJETIVOSOBJETIVOS u Estabelecer os procedimentos relativos à qualidade da energia elétrica – QEE; u Para a qualidade do produto, definir conceitos e parâmetros que possibilitem à ANEEL estabelecer valores- limite para os indicadores de QEE; u Para a qualidade dos serviços, estabelecer metodologia para apuração dos indicadores de continuidade, definindo limites e responsabilidades e, estabelecer metodologia de monitoramento automático dos indicadores de qualidade.

71 Os aspectos da qualidade do produto em regime permanente ou transitório: INDICADORES DE QUALIDADE a) tensão em regime permanente; b) fator de potência; c) distorções harmônicas; d) desequilíbrio de tensão; e) flutuação de tensão; f) variações de tensão de curta duração.

72 Valores de referência para as distorções harmônicas totais HARMÔNICOSHARMÔNICOS Tensão Nominal do Barramento Distorção Harmônica Total de Tensão (DTT) [%] V N 1kV10 1kV < V N 13,8kV8 13,8kV < V N 69kV6 69kV < V N 230kV3

73 Valores de referência para as distorções harmônicas individuais HARMÔNICOSHARMÔNICOS

74 O processo de medição deve ser realizado com o medidor ajustado para o nível de tensão correspondente, em baixa tensão. FLUTUAÇÃO DE TENSÃO Valor de Referência PstD95%PstS95% Adequado <1 p.u./FT<0,8 p.u./FT Precário 1 p.u. – 2 p.u./FT0,8 – 1.6 p.u./FT Crítico >2 p.u./FT>1,6 p.u./FT

75 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO u Não são atribuídos padrões de desempenho a estes fenômenos; u As distribuidoras, devem acompanhar e disponibilizar, em bases anuais, o desempenho das barras de distribuição monitoradas. Tais informações poderão servir como referência de desempenho das barras de consumidores do Grupo A com cargas sensíveis a variações de tensão de curta duração.

76 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO

77 Maria Jovita Villela Siqueira jovita@enbr.com.br Tel.: (11) 2178-7124 FIM DA APRESENTAÇÃO