Qualidade de Energia Cavas de tensão Interrupções Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Cavas de tensão Causas principais da sua ocorrência Áreas de vulnerabilidade do sistema Principais tipos de protecção Cavas devidas a arranque de motores MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia 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 MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Cavas de tensão Consumidor 1 Consumidor 2 MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Cavas de Tensão As cavas de tensão juntamente com as interrupções são das perturbações em que mais se tem investido nos últimos anos para a sua redução Separação dos barramentos nas subestações, o reforço da manutenção preventiva. Aumento da distância de isolamento nas redes, a redução do risco de acidentes com a passagem para cabos subterrâneos, a colocação de cabos de guarda, a melhoria das terras de protecção. MEEC - Qualidade de Energia

Distribuição das Cavas de Tensão (EPRI - Electric Power Research Institute) MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Cavas de Tensão Cava: 55% Us; 860 ms MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Cavas de Tensão MEEC - Qualidade de Energia

Interrupções (Breves 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. MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Interrupções Breves Têm como causas principais as aberturas e fechos automáticos dos disjuntores de protecção das redes em manobras com o intuito de evitar cortes de longa duração. Processos de isolamentos de defeitos dão origem muitas vezes a micro-cortes. A duração dos micro-cortes é determinada pela capacidade de resposta dos sistemas de protecção e pelo próprio evento que causou a falha. MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Interrupções Breves As reposições podem dar origem a micro-cortes ou a interrupções efectivas de alimentação Quando ocorrem contornamentos verificam-se inevitavelmente cavas de tensão e por vezes originam micro-cortes (abertura e fecho de disjuntores). A alteração da topologia das redes, pode também estar na origem de micro-cortes de maior ou menor duração. MEEC - Qualidade de Energia

Interrupções Interrupção: 400 ms (fenómeno completo: 600 ms) MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Interrupções Interrupção fase T: 250 ms MEEC - Qualidade de Energia

Causas do lado do distribuidor (c.c.) Falha no Sistema Eléctrico Sistema de transmissão (31%) Distribuição em AT (46%) Linha de alimentação (23%) Cava de tensão causada por interrupção- rearme automático (até 5s) MEEC - Qualidade de Energia

Área de vulnerabilidade Conceito desenvolvido para facilitar a avaliação da probabilidade de se ficar sujeito a uma cava inferior a 1 valor crítico. Simulação de c.c. para determinar a performance do sistema frente a um determinada cava. Determina-se a tensão na instalação em função da localização da falha ao longo do SE MEEC - Qualidade de Energia

Cargas mais sensíveis a cavas Equipamentos electrónicos computadores Impressoras Variadores electrónicos Accionamentos electrónicos Controladores lógicos Consequências Rectificadores: desligam-se Contactores: abrem Motores assíncronos: se forem de frequência variável, V  I Motores DC: destruição de tirístores, redução da velocidade MEEC - Qualidade de Energia

Consequências das Cavas Perturbações nos sistemas de energia Perturbações nos contactores Reset de variadores de velocidade Reset de redes de comunicação principalmente Field Bus Reset de autómatos e sistemas de supervisão A redução do impacto das cavas é uma prioridade absoluta em inúmeras instalações. MEEC - Qualidade de Energia

Consequências das Cavas Contactores São tipicamente sensíveis a cavas de Un<50% durante 100ms Field Bus Industriais (PLC) São tipicamente sensíveis a cavas de Un<80% durante 40ms Variadores de velocidade São tipicamente sensíveis a cavas de Un<90% durante 60ms ... MEEC - Qualidade de Energia

Medidas a tomar face a cavas Determinação das cavas típicas da nossa instalação Correlacionar as cavas com os acontecimentos, por exemplo, paragem de máquinas ou erros de transmissão Para 80% das cavas que provocam perturbações na instalação, determinar as medidas que se devem tomar para tornar os equipamentos imunes Orçamentar – Orçamento compatível? – Executar Orçamento não compatível – Refazer os cálculos para 60% das cavas – Orçamentar/executar MEEC - Qualidade de Energia

Tipos de protecção das cavas Fabricante / Construtor (A) Especificações do equipamento PC’s, PLC, ou cargas em geral Cliente/ Utilizador Protecção de equipamentos de controlo/protecção (B) UPS ou qq outro sistema de condicionamento de potência Protecção global da instalação (C) Grupos geradores Fornecedor (D) Produção, Transporte e Distribuição MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Protecção das cavas Objectivos Reduzir o número de ocorrências a gravidade das ocorrências a sensibilidade dos equipamentos Opções Proteger toda a instalação, alimentando-a durante a rotura Dispositivos de elevada capacidade de armazenamento Proteger as cargas mais críticas (condicionalismo económico) a carga necessita dum sistema de alimentação que possa garantir características “quase normais” para a tensão durante uns segundos, até que a normalidade seja restabelecida MEEC - Qualidade de Energia

Opções na protecção das cavas Especificar o equipamento O utilizador deve definir a importância do equipamento se crítico  adoptar medidas de protecção que garantam um bom desempenho do equipamento, se não  ponderar a hipótese de tais medidas não serem justificáveis não utilizar equipamento problemático exigir ao construtor equipamento de acordo com as curvas CBEMA CBEMA: curvas que representam a capacidade de resistência dos computadores a variações na tensão, em função da amplitude e duração de tais variações. IEEE standard 446-1987: define a CBEMA como padrão para medir o desempenho de qualquer equipamento ou SE face a  V MEEC - Qualidade de Energia

Cavas imputáveis ao consumidor/instalação As elevadas correntes de arranque dos motores induzem cavas na instalação que podem originar: falhas sucessivas no arranque destruição de equipamentos sensíveis deslastre de contactores MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Arranque de Motores O arranque directo é sempre preferível pois permite uma aceleração mais rápida e custos mais reduzidos. Caso a cava resultante ou o impacto do arranque sejam excessivos, pode optar-se por: Auto-transformador Arranque - Arrancadores Suaves (soft-starters) (...) MEEC - Qualidade de Energia

Prevenção das cavas (Distribuidor) Manutenção de linhas aéreas poda de árvores  regiões arborizadas limpeza de isoladores  regiões costeiras e poeirentas evita cortornamento dos isoladores (chuviscos) cabos blindados (nenhuma blindagem é 100% eficaz) protecção contra descargas atmosféricas utilizados em zonas de forte incidência de trovoadas melhoria do sistema de terras alterar distância entre condutores utilização de condutores isolados MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Prevenção das cavas Cabos as técnicas de prevenção de falhas nestes cabos estão geralmente relacionadas com a preservação do isolamento contra sobretensões O isolamento degrada-se significativamente com a idade, o que requer esforços crescentes para manter o cabo em boas condições Dado que todas as falhas em cabos são permanentes, a questão PQ resume-se, neste caso, à localização rápida da falha para que se possa proceder ao seu seccionamento manual e reparação Line arresters limitar a tensão ao nível de isolamento MEEC - Qualidade de Energia

Modificar práticas de eliminação de falhas Aumentar seccionadores ao longo da linha Adicionar esquemas em malha Alterar o esquema de alimentação Alterar o esquema de protecção fusíveis limitadores de corrente Alterar o esquema de religação MEEC - Qualidade de Energia