Qualidade de energia elétrica
Considerações Iniciais
Porque medir a QEE?
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Os equipamentos hoje utilizados são mais sensíveis as
variações na QEE

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Custos da má QEE

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Cargas Eletrônicas - Crescimento

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Cintilação (flicker)

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Causadores dos Distúrbios
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Qualidade de Energia Elétrica
QEE

Qualidade do Serviço

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Variações Transitórias de Tensão
Impulsivos ( 50ns ~ 1ms)
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Interrupção

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Desequilíbrios de Tensão
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Variações na Freqüência
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Desequilíbrio entre a geração e a demanda

Faltas no Sistema

Entrada ou Saída
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Fator de Potência
Tensões e Corrente de Entrada
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V(V); I(A)

Entrada:
Vpico = 17.0 V
Vrms = 12.0 V
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Fator de Potência [cont.]
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P(W); S(VA)

Entrada:
S = 177.3 VA
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T...
FDesl, FDist e FP
Fator de Deslocamento

Fator de Distorção

X

FP

FDesl FDist I

FDistV
Estratégia de medição da QEE
Banco de Dados
de Entrada

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a Ciclo

Análise por
Período
Blocos Lógicos
Análise
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Grupo 1

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Grupo 3

X: 4
Y: 4.9
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Oscilografia Concessionária
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Tensão (pu)

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Tensão (pu)

Tensão (pu)

Laboratório EPO – UNOESC
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Trafo 500 kVA a 50%

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DHI = 2,6%  7,3
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Qualidade energia engenharia manutenção industrial

  1. 1. Qualidade de energia elétrica Considerações Iniciais
  2. 2. Porque medir a QEE?  Os equipamentos hoje utilizados são mais sensíveis as variações na QEE  Interesse pela racionalização da energia elétrica e na otimização de processos  Maior conscientização dos consumidores em relação aos fenômenos ligados QEE  Integração dos processos
  3. 3. Custos da má QEE    3.000.000 US$ 26 bilhões por ano em danos e atitudes preventivas (Business Week, 8 de abril de 1991 ) Paradas no processo  1 minuto pode ocasionar prejuízos de até US$ 500 mil (http://www.engecomp.com.br) EUA: US$ 15 bi/ano (relatório do EPRI de julho/01  Eletricidade Moderna, Ago/2001) BRASIL: US$ 2 a 3 bi/ano (Policarpo, 2005) 2.500.000 2.000.000 US$  1.500.000 1.000.000 500.000 0 http://irecusa.org/articles/static/1/inaries/ Thornton%2020ASES %202003Version%202.pdf
  4. 4. Cargas Eletrônicas - Crescimento Potência (GW) 200 Concessionária Cargas Eletrônicas 150 100 50 0 1960 1970 1980 Ano http://www.engecomp.com.br 1990 2000
  5. 5. 1.400 instalações de oito países Cintilação (flicker)  Danificação de Equipamentos  Equipamentos de Processamento de Dados  Sobreaquecimento dos Sistema de Correção do Fator de Potência  Problemas de chaveamento de Cargas Pesadas  Problemas com Linhas Longas  Sobreaquecimento do condutor Neutro   Disparos Intempestivos Reclamações da Medição da Concessionária C DE Tipo de Prolema  EPD SSCFP PCP PLL SN DI RMC 0% 5% 10% 15% 20% Percentual de Problema Eletricidade Moderna, Jan/2004 25%
  6. 6. Causadores dos Distúrbios    Efeitos da Natureza Concessionária Consumidor   91% dos cortes de energia elétrica (Estados Unidos) tem duração inferior a 2 s 85% duração inferior a 200 ms
  7. 7. Qualidade de Energia Elétrica QEE Qualidade do Serviço Qualidade do Produto
  8. 8. Qualidade do Produto   Variações Curtas de Tensão  IEEE1159 Variações Transitórias da Tensão Variações Longas de Tensão  Desequilíbrio de Tensão  Distorção da Forma de Onda da Tensão  Flutuação de Tensão  Variações Momentâneas de Freqüência
  9. 9. Variações Transitórias de Tensão Impulsivos ( 50ns ~ 1ms)    5 ns de ascensão 1 ms de ascensão 0,1 ms ascensão 0 -5 I (kA)  -10 -15 -20 -25 0 25 50 75 100 125 150 t( s) Oscilatórios (0,3ms ~ 50ms)    < 5kHz 5 ~ 500 kHz 0,5 ~ 5 MHz 300 200 somente transitório tensão do PAC 100 V (V)  0 -100 -200 -300 0.035 0.04 0.045 0.05 t (s) 0.055 0.06 0.065
  10. 10. Variações Curtas de Tensão Instantâneas (0,5 ~ 30ciclos)     X: 0.0542 Y: 404.4 400 X: 0.004204 Y: 311.1 X: 0.1375 Y: 311.1 X: 0.08739 Y: 217.6 200 Momentâneas (30 ciclos ~ 3s)     < 0,1pu 0,1 ~ 0,9pu 1,1 ~ 1,8pu < 0,1pu 0,1 ~ 0,9pu 1,1 ~ 1,4pu v (V)  0 -200 Sag -400 Temporárias (3s ~ 1min)    < 0,1pu 0,1 ~ 0,9pu 1,1 ~ 1,2pu; Swell -600 0 0.05 0.1 t (s) 0.15
  11. 11. Variações Longas de Tensão Interrupção 1.4 > 1min < 0,1pu 1.2    Subtensão    > 1min 0,8 ~ 0,9pu Sobretensão   > 1min 1,1 ~ 1,2pu; 1 Tensao (%)  0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 t (min) 3 4
  12. 12. Desequilíbrios de Tensão 300 0,5 ~ 2% 100 0 va vb vc -100 -200 350 va vb -300 0 5 10 t (ms) 15 20 Tensão (V) Tensão (V) 200 vc 300 250 0 5 10 t (ms) 15 20
  13. 13. Distorção da Forma de Onda  Nível CC   0 ~ 0,1% 200 0 Harmônicos   400 0 ~ 20% -200 -400 0 Inter-harmônicos  0 ~ 2% 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 400 300 entalhe entalhe   Recortes Ruídos  0 ~ 1% Tensão (V) 200 100 0 entalhe -100 -200 -300 -400 70 entalhe 75 80 85 90 Tempo (ms) 95 100
  14. 14. Distorção da Forma de Onda [cont.] 200 250 % Vpico Tensão(V) 500 0 -250 -500 0 20 40 60 Tempo (ms) 80 100 100 0 -100 -200 0 50 100 150 300 100 X: 60 Y: 311 200 X: 180 Y: 62.05 100 0 0 100 200 % Vpico Tensão(V) t (ms) X: 420 Y: 61.97 300 400 500 Freqüência (Hz) 600 700 X: 60 Y: 100.2 X: 198 Y: 30.07 50 X: 330 Y: 34.92 X: 420 Y: 9.85 0 0 100 200 300 f (Hz) 400 500 600
  15. 15. Flutuação de Tensão 400 X: 0.2033 Y: 326.4 300 200 Tensão (V) 0,1 ~ 7% 6 ~ 8Hz X: 0.1227 Y: 295.6 100 0 -100 -200 X: 0.2106 Y: -295.6 -300 -400 0 X: 0.2968 Y: -326.4 0.1 0.2 Tempo (s) 0.3 0.4
  16. 16. Variações na Freqüência  Desequilíbrio entre a geração e a demanda Faltas no Sistema Entrada ou Saída de um grande bloco de carga
  17. 17. Fator de Potência Tensões e Corrente de Entrada 50 V(V); I(A) Entrada: Vpico = 17.0 V Vrms = 12.0 V Ipico = 45.1 A Irms = 26.6 A ientrada ventrada 0 -50 0 ieficaz veficaz 20 40 60 80 100 t(ms) Tensões e Corrente de Saída Saida: Vp = 15.4 V Vef = 13.4 V Ip =7.7 A Ief = 6.7 A V(V); I(A) 20 isaída vsaída 10 0 0 ieficaz veficaz 20 40 60 t(ms) 80 100
  18. 18. Fator de Potência [cont.] 1000 P(W); S(VA) Entrada: S = 177.3 VA P = 102 W FP = 0.575 Potências de Entrada pentrada 500 pmédia 0 peficaz -500 0 20 40 60 80 100 t(ms) Potências de Saída Saida: S = 90.5 VA P = 90.5 W FP = 1 P(W); S(VA) 150 psaída 100 pmédia 50 peficaz 0 0 20 40 60 t(ms) 80 100
  19. 19. Fator de Distorção 40 Corrente (A) Tensão (V) 35 30 V (V), I (A) V (V), I (A) 20 0 25 20 15 -20 10 5 66 -40 40 THDV FDistV 50 60 V22 V32 V42 ... V1 1 2 V 1 THD 70 t (ms) 80 90 68 70 100 THDI FDistI 2 I2 72 t (ms) I 32 74 2 I 4 ... I1 1 1 THDI2 76
  20. 20. FDesl, FDist e FP Fator de Deslocamento Fator de Distorção X FP FDesl FDist I FDistV
  21. 21. Estratégia de medição da QEE Banco de Dados de Entrada Análise Ciclo a Ciclo Análise por Período
  22. 22. Blocos Lógicos Análise Ciclo a Ciclo AT NR <= 4 NT_T VE NT_VE DHT > 5 % AC FFT NT BDE AGC Análise por Grupo de Ciclos FFT_GC NT_Dist NT_Freq
  23. 23. Cálculo das Notas 10 10 limite 9 8 Nota DHTV 9 Nota DHI V 8 6 Nota 7 6 Nota 7 limite 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 5 10 15 20 Percentual de Distorção 25 30 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Desvio do Valor Eficaz (pu) 0.8 0.9
  24. 24. Simulação MatLab V(pu) 1 Grupo 1 0 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Grupo 2 V(pu) 1 0 -1 Grupo 3 V(pu) 1 0 -1 1 V(pu) Grupo 4 0 -1
  25. 25. Tensão (pu) Avaliação por Grupo 1 0 Sem Problemas  10 -1 20 Grupo 1 40 60 80 ponto (1..128) 100 120 Tensão (pu) 1.5 1 0.5 0 0 20 30 40 Ordem Harmônico (1..50) 50 Tensão (pu) 10 1 0 -1 -2 Tensão (pu) Grupo 2 1 0.75 0.5 0.25 0 0 0.1 0.2 0.3 Tempo (s) 50 100 Freqüência (Hz) 150 1 0 -1 0.38 0.4 Tensão (pu) Tensão (pu) 2 1 0.75 0.5 0.25 0 0 0.39 0.4 Tempo (s) 0.41 Dist = 22%  2,1 Sub = -90%  0,4 Sob = 30%  3,4 50 100 150
  26. 26. Avaliação por Grupo [cont.] Tensão (pu) 2 1 -1 -2 0 Grupo 3 30% 20% 0 0.02 0.04 0.06 Tempo (s) 0.08 0.1 DHI = 30%  0,3 DHT = 36%  0,8 Tensão (pu) 1.5 1 0.5 0 0 100 200 300 400 Freqüência (Hz) 500 600 Tensão (pu) 1 0.5 0 -0.5 -1 0 Grupo 4 0.01 0.02 Tempo (s) 0.03 0.04 f = 59Hz  4,9 Tensão (pu) 1.5 1 0.5 0 0 50 100 150 200 Freqüência (Hz) 250 300
  27. 27. Grupo 1 – Simulação Grupo 1 10 X: 1 Y: 10 Nota do Grupo Média 8 Grupo 2 6 Nota Grupo 3 X: 4 Y: 4.9 X: 2 Y: 3.893 4 2 Grupo 4 X: 2 Y: 0.3894 0 1 2 X: 3 Y: 0.2825 3 Grupo 4
  28. 28. Tensão (pu) Máquina de Papel 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 0 fund  61 Hz 3%  56~66 Hz DHT=8,1% DHI=2,4% 0.02 0.04 0.06 Tempo (s) 0.08 0.1 Tensão (pu) 1 0.75 0.5 0.25 0 0 100 200 300 400 Freqüência (Hz) 500 600 SCA04-WEG 220-15%~230+10%187~253V 48~62Hz u/u=3%
  29. 29. Oscilografia Concessionária Tensão (pu) 2 1 0 -1 -2 0 0.05 0.1 0.15 Tempo (s) 0.2 0.25 Tensão (pu) 1 0.75 0.5 0.25 0 0 50 100 Freqüência (Hz) 150 200
  30. 30. Tensão (pu) Tensão (pu) Laboratório EPO – UNOESC 1 Trafo 500 kVA a 50% 0 -1 2.13 1 Sob = 4,5%  8,5 DHI = 2,6%  7,3 2.14 2.15 2.16 2.17 Tempo (s) 2.18 2.19 1,045 0.5 0,02 0 0 100 200 300 Freqüência (Hz) 400 500

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