MEEC - Qualidade de Energia 1

Qualidade de Energia Introdução

Conceitos fundamentais

Humberto Jorge

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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Introdução

• O que se entende por Qualidade de Energia Eléctrica

• A Importância crescente deste tema e sua complexidade

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Transformações no sector eléctrico

• Liberalização do sector a nível mundial• Peso crescente das questões ambientais• Desenvolvimento de novas tecnologias de geração• Incerteza associada aos novos investimentos• Aumento da complexidade no controlo dos SEE• Alteração da natureza das cargas• Maior exigência dos processos.• Maior exigência dos clientes

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O produto electricidade– Não pode ser armazenado – é produzido ao

mesmo tempo que é consumido.– Consumidores diferentes têm exigências de

qualidade de serviço diferentes– A qualidade pode ser afectada pelo fornecedor,

pelo distribuidor ou pelo cliente– A rede de distribuição tem um forte impacto na

qualidade da electricidade– São frequentes e imprevisíveis os acidentes

com forte impacto na qualidade

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O que é a qualidade no produto energia?

• Continuidade de serviço (Fiabilidade)• 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

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Alteração da natureza das cargas• Desde o início do século até 70’s

– Sector 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 electrónica de potência

• Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras

• Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da qualidade de energia

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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

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Alteração da natureza das cargas

• As cargas actuais são baseadas em dispositivos electrónicos sensíveis

• Estes elementos vieram permitir o uso mais eficiente da electricidade e o controlo 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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Alteração da natureza das cargas

• O cenário de proliferação tem vindo a agravar-se continuamente, segundos estimativas recentes, em 2003 cerca de 60% de toda a energia eléctrica produzida será consumida por cargas não lineares (80% em 2010)

• Em alguns sectores, como os serviços, este valor é já hoje muito próximo dos 100%

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Maior exigência de qualidade

• A exigência de energia eléctrica com qualidade constitui um factor importante para a competitividade e sobrevivência de muitos sectores produtivos.

• Os sectores mais críticos são os das indústrias de processo contínuo, as empresas da área das tecnologias da informação.

• A interligação das redes e o uso de dispositivos de rearme automático desempenham um papel importante, ao evitar os cortes de longa duração.

• Os cortes de muito curta duração (micro-cortes), devido aos inúmeros fenómenos a que as linhas de T&D estão sujeitas, são muito difíceis de evitar.

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Percepção das causas

Naturais60%

Consumidor12%

Vizinhos8%

Outros3%

Distribuidor17%

Naturais66%

Distribuidor1%

Consumidor25%

Vizinhos8%

Outros0%

< Pelo consumidor

Pelo distribuidor >

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A Perspectiva do Distribuidor

• A qualidade da energia eléctrica é factor crucial na competitividade da maior parte das actividades económicas

• Intensificação da atitude pró-activa na resolução dos problemas específicos do consumidor

• O número de consumidores com necessidades acrescidas tem aumentado significativamente nos últimos anos

• A resolução dos problemas da energia nas instalações com elevada fiabilidade deve envolver o consumidor, o fabricante /fornecedor dos equipamentos e o distribuidor

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Influência das redes de distribuição• O esforço na electrificação do país (anos 70)

deixou marcas que ainda hoje dificultam uma melhor qualidade de energia– Pouca selectividade nas saídas das subestações

(separação de zonas industriais das zonas urbanas, das semi-urbanas e rurais)

– Saídas de média tensão demasiado extensas– Poucos pontos de telecomando– Redes de baixa tensão com comprimentos elevados– Quantidade significativa de redes nuas– Desajuste entre a localização do PT e respectivo centro

de cargas

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Perturbações na Qualidade de Energia

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Conceitos Fundamentais

• Termos

• Definições

• Indicadores de QE

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Características da EE• A electricidade é uma forma de energia

particularmente flexível e adaptável• As características mais importantes da tensão de

alimentação são:– A frequência– A amplitude– A forma de onda

• Contrariamente aos produtos correntes, a utilização da electricidade é um dos principais factores que influenciam a variação das suas características

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Tipos de perturbações na QE

• Algumas perturbações:– Oscilações da frequência;– Cavas de tensão;– Tremulação (flicker);– Desequilíbrio da tensão;– Sobretensões transitórias;– Tensões harmónicas;– Interrupções (curtas ou longas)

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Perturbações na QE

• Oscilações da frequência– É uma característica de difícil controlo,

depende da manutenção do equilíbrio entre a produção e o consumo

– Nas redes fortemente interligadas, as variações de frequência são pouco frequentes

– Nas redes isoladas as variações de frequência são frequentes

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Perturbações na QE

• 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

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Perturbações na QE

• Tremulação (flicker)– Impressão de instabilidade da sensação visual

provocada por flutuações da tensão

• As tensões inter-harmónicas, as manobras na rede, os incidentes e as variações das cargas são alguns dos motivos

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Perturbações na QE

• Desequilíbrio da tensão– Quando os valores eficazes das tensões nas

fases ou as desfasagens entre tensões de fases consecutivas, num sistema trifásico, não são iguais.

• Origem na má distribuição das cargas numa rede de distribuição, ou quando estamos em presença de significativas cargas monofásicas.

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Perturbações na QE

• Tensões harmónicas– Tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo

inteiro da frequência fundamental da tensão.• A deformação na forma de onda da tensão é originada

pela circulação de correntes absorvidas por certos equipamentos

• As cargas não lineares crescem todos os dias e já existem sectores onde a percentagem já se aproxima dos 100%.

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Perturbações na QE

• Sobretensões transitórias– Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração

e em geral fortemente amortecida e com uma duração máxima de alguns milissegundos.

• Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas, nas manobras na rede e na fusão de fusíveis

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Perturbações na QE

• Interrupções (curtas 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.

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Transitório de baixa frequência

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Transitório de baixa frequência

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Interrupção momentânea (micro-corte)

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Cava de tensão causada por CC FT

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Cava de tensão causada por arranque de motor

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“Sobretensão” momentânea

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“Desequilibro de tensão”(Alimentador residencial)

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Forma de onda da corrente e o espectro de harmónicos de um VEV

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“Flicker” causado pela operação de um forno de arco

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Custo das soluções reparadoras

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Curvas CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturers Association)

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Curvas CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturers Association)

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Curvas CBEMA

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Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Produção

• Disponibilidade por grupo

• Indisponibilidade Não Planeada por grupo

• Disparos por Grupo Gerador referidos a 7000h

• Taxa de Sucesso de Arranques - grupos térmicos

• Taxa de Sucesso nas Mudanças de Estado - grupo hídricos

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Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Transporte

• Energia não Fornecida (ENF)• Tempo de Interrupção Equivalente (TIE)• Tempo Médio de Reposição de Serviço do

Sistema (SARI)• Frequência Média de Interrupção de Serviço do

Sistema (SAIFI)• Duração Média das Interrupções do Sistema

(SAIDI)

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Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição

• Alta tensão– SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de

interrupções por cliente do sistema

– SAIDI (horas/ano) - Duração média anual das interrupções num cliente do sistema

– CAIDI (horas/interrupção) - Duração média de uma interrupção ou tempo médio de reposição do serviço

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Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição

• Média tensão (valores zonais)– SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de

interrupções por cliente do sistema

– SAIDI (horas/ano) - Duração média das interrupções num cliente do sistema

– CAIDI (horas/interrupção no cliente) - Tempo médio de reposição do serviço

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Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição

• Média tensão (por centro de distribuição)– TIEMT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente

em média Tensão (minutos)

– NIEMT - Número de Interrupções Equivalentes a partir da Potência Instalada em PT

• Baixa tensão– TIEBT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em

baixa Tensão (minutos)