Qualidade da Energia Eléctrica ISR – Dep. de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Universidade de Coimbra Qualidade da Energia Eléctrica Aníbal Traça de Almeida 28 de Maio de 2007.

Sumário 1ª Parte 2ª Parte 3ª Parte Alguns conceitos sobre Qualidade da Energia Eléctrica (QEE). Evolução do conceito. 2ª Parte Avanços tecnológicos e alteração profunda da natureza das cargas. Concorrência à escala global e margens de lucro em alguns sectores Perturbações e “PQ Costs” Economia Digital requer energia eléctrica com “Qualidade Digital” 3ª Parte Clarificação dos deveres e direitos das partes. O que fazer para maximizar a utilidade alcançável com a QEE actualmente atingível e disponível.

Alguns conceitos sobre QEE Qualidade na Onda (designada também por Power Quality) “Produto” energia eléctrica onde todos os parâmetros estão muito próximos dos valores nominais que o definem (nível de tensão, sistema equilibrado e simétrico, frequência, onda sinusoidal…). Fiabilidade no Fornecimento (designada também por Power Reliability) Relacionada com a continuidade do fornecimento. A potência contratada deve estar “sempre” disponível e com qualidade na onda. Qualidade Comercial Engloba todos os serviços de interface com o cliente relacionados com o fornecimento deste produto particular.

Factores que interferem com a QEE no sistema que a disponibiliza. Natureza do processo. Factores que interferem com a QEE no sistema que a disponibiliza. Processo ainda assente maioritariamente em grandes centros produtores. Funcionamento síncrono. Oferta = procura em cada instante. Sistema Distribuído de T&D até às cargas. A QEE no local de geração. Degradação introduzida pelo sistema de T&D. Degradação introduzida pelas cargas.

Caracterização da Qualidade de Serviço actual O sistema de T&D está sujeito a factores perturbadores (alguns inevitáveis): Descargas atmosféricas, Quedas de tensão (e sobretensões) entrada e saída de grandes cargas, Contornamentos nos isoladores, Agressões físicas (acidentes, animais, erros humanos…). Podem-se mitigar estes factores mas não suprimi-los na totalidade. É assim em todo o mundo Estes factores provocam uma degradação cumulativa na QEE. Qualidade de serviço no cliente é a resultante da robustez do sistema global aos factores perturbadores.

Curva CBEMA reflecte esta realidade Base da EN 50160, do RQS, ... Banda de variação permitida  87 – 106% Valor Nominal Curva CBEMA - “Computer Business Equipment Manufactures Association”, definida pelo EPRI (Tom Key) em 1978.

Partes envolvidas no processo. “Stakeholders” Empresas do sistema eléctrico que englobam: Produção, Transporte, Distribuição. Clientes Residencial. Comercial. Industrial Fornecedores de equipamentos Entidade Reguladora

Evolução das exigências Grandes avanços tecnológicos e alteração profunda da natureza das cargas Estas são simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da QEE As cargas não lineares são já 100% em alguns sectores. Concorrência à escala global Margens de lucro marginais em alguns sectores Perturbações causam quebra de produtividade - “PQ Costs” EE factor crucial para a competitividade “Economia Digital requer energia com “Qualidade Digital”

Fiabilidade atingível e exigências actuais Nº de noves Fiabilidade (%) Tempos de interrupção por ano Tecnologias associadas / Exigências 3 99,9 8,7 horas Valor disponibilizado pelo sistemas de P&T&D tradicionais 4 99,99 52,5 minutos Valor máximo atingível com sistemas de P&T&D tradicionais. 6 99,9999 31,5 segundos Valor mínimo exigido pelas cargas da nova economia. 7 99,99999 3,15 segundos Melhores tecnologias de UPS com Gen-Sets e “Ride Through Capability” 9 99,9999999 31,5 milisegundos Energia é efectivamente adequada às actuais aplicações da economia digital. 10 99,99999999 3,15 milisegundos Valor ideal para a qualidade da energia. Desadequação entre a QEE disponibilizada e a QEE requerida pelas cargas da nova economia.

Registos da QEE actualmente disponibilizada Cavas, micro-interrupções, picos transitórios, desequilíbrios entre fases, distorção harmónica, sobretensões, interrupções longas. Duração (ciclos) Curva ITIC 1 10 100 1000 Percentagem da tensão nominal Monitorização e registo da qualidade da energia eléctrica à entrada de uma fábrica, durante um ano.

Perturbações evidenciada em MT em Portugal Duração Número de perturbações Caracterização das perturbações à entrada de uma instalação industrial Região Centro de Portugal, ano de 2003.

Consequências da desadequação “PQ Costs” que são devidos a: Perdas de informação, Perdas de tempo de produção, Perdas de material em vias de fabrico, Custos de re-arranque e sintonia de processos, Perigos acrescidos para a segurança de pessoas e bens, Perda de credibilidade no mercado, Aumento dos impactos sobre o meio ambiente. Sectores mais críticos Todas as indústrias de processo contínuo Todas as indústrias intensivas em TIC (não devidamente protegidas)

Como mitigar os problemas Regulamentar: O nível mínimo de qualidade de serviço que as redes devem disponibilizar (RQS); O nível de imunidade mínima que as cargas devem possuir “Ride Through Capability”; A perturbação máxima admissível para todo o tipo de cargas sobre as redes.

1. Regulamento da Qualidade de Serviço Ponto de situação Regulamenta o nível mínimo de qualidade de serviço que as redes devem disponibilizar por região, por nível de tensão, etc… Regulamento da Qualidade de Serviço (RQS) - adoptado em Portugal e em plena aplicação e supervisão pela ERSE.

2. Nível de imunidade mínima das cargas Curva ITIC - “Information Technology Infrastructure Council” definida em 1996 e revista em 2000. Outras referências SEMI F45, SEMI F47… Zona de robustez das cargas

Diferentes tecnologias para implementação da “Ride Through Capability” Curva ITIC (“Information Technology Infrastructure Council”) Projecto dos equipam. Electrón. de Potência Electrón. de Potência Armaz. de energia Armaz. de energia CUSTOS Capacid. de geração Diferentes tecnologias para implementação da “Ride Through Capability”

Sistemas de filtragem PASSIVA, ACTIVA e HÍBRIDA. 3. Máxima perturbação admissível para as cargas Imposição de limites para a Poluição Harmónica (T. Ind. e THD) Normas IEEE 519, IEC 61.xxx, etc. Controlo da perturbação ao nível de cada componente individual Actuação preventiva (novas topologias e novas tecnologias, Actuação curativa Sistemas de filtragem PASSIVA, ACTIVA e HÍBRIDA.

Quando é necessária fiabilidade superior à da rede Uso de tecnologias reparadoras “Ride Through Capability” pode ser efectuada: Ao nível de um dado componente crítico, De um determinado receptor específico, De uma instalação completa, De um grupo de instalações ou clientes (Subestação ou P.T.) Envolve sempre investimentos – e custos – adicionais.

Interrupções Longas(2003) Local e Data, No Consumidores , Duração e Amplitude (GW) do Corte •London(28-8-03) •410.000 •47 minutes •720 GW •Birmingham(5-9-03) •20.000 •11 minutes •253 GW •South of Sueden and East of Denmark (23-9-03) •4.000.000 •2 hours •6.600 GW •Canada and USA (14-8-03) •50.000.000 •24 hours •61.800 GW •Italy,except Sardinia (28-9-03) •60.000.000 •20 hours •27.702 GW

Apagão na Europa – 4/Novembro/2006 15 milhões de consumidores afectados na Europa Duração de uma hora com cortes substanciais: França, 6,400 MW Alemanha-Oeste 2,550 MW Italia 2,250 MW, Espanha 2,100 MW Portugal 1,100 MW http://www.ucte.org/pdf/Publications/2007/Final-Report-20070130.pdf

Causa - Corte uma linha de 400 kV na Alemanha Causa - Corte uma linha de 400 kV na Alemanha ! (sem respeitar regras de segurança) Às 22-10 a rede europeia partiu-se em 3 Zonas

Conclusões É fundamental possuir uma visão alargada e rigorosa sobre a problemática da QEE. Não existe qualidade total e fiabilidade a 100% em nenhuma parte do mundo. As medidas efectivas de melhoria devem traduzir-se numa atitude preventiva em torno dos seguintes domínios: Adquirindo formação sobre novas metodologias e tecnologias ao serviço da QEE, Maximizando a qualidade atingível com os sistemas de P&T&D tradicionais, Efectuando uma selecção rigorosa dos novos equipamentos conversores: Mais eficientes, Menos poluidores, Com maior imunidade (ou robustez!) aos fenómenos perturbadores. A combinação destas medidas induz – de forma directa - grandes benefícios na melhoria da produtividade e do aumento da competitividade de todos os sectores onde sejam integradas.