QEE – Desequilíbrios · tensão e/ou corrente ... Calcular o fator de desequilíbrio de acordo...

QEE – DesequilíbriosQEE Desequilíbrios

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEIGrupo de Estudos da Qualidade da Energia Elétrica – GQEE

Prof. Fernando Nunes Belchior, [email protected]@unifei edu br

QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

[email protected]

DistorçõesDistorções DesequilíbriosDesequilíbrios

HarmônicasHarmônicasFlickersFlickers

Itens que Itens que caracterizam uma caracterizam uma

rede com rede com problemasproblemasrede com rede com problemasproblemasde de qualidadequalidade

Variações no valor Variações no valor TransitóriosTransitórios

eficaz da tensãoeficaz da tensãoVariações de Variações de curta duraçãocurta duração


Efeitos sobreEfeitos sobreEquipamentosEquipamentos

Fontes deFontes deDistúrbiosDistúrbios

EquipamentosEquipamentos

PropagaçãoPropagaçãod Ef itd Ef itQ lid d d E i Q lid d d E i dos Efeitosdos EfeitosQualidade da Energia Qualidade da Energia

ElétricaElétrica“qualquer desvio que possa “qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude forma ocorrer na magnitude forma ocorrer na magnitude, forma ocorrer na magnitude, forma

de onda ou freqüência da de onda ou freqüência da tensão e/ou corrente tensão e/ou corrente

elétrica ”elétrica ”

Normas eNormas eRecomendaçõesRecomendações

Técnicas deTécnicas deMediçãoMedição

elétrica...elétrica...

RecomendaçõesRecomendaçõesMitigação dosMitigação dos

ProblemasProblemas


Desequilíbrios:Desequilíbrios:1.1. Conceitos e Definições;Conceitos e Definições;22 CC2.2. Causas;Causas;33 Efeitos;Efeitos;3.3. Efeitos;Efeitos;4.4. Métodos de Mitigação;Métodos de Mitigação;5.5. Legislação.Legislação.QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições


INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

• Rápido crescimento de grandes cargas elétricasRápido crescimento de grandes cargas elétricasmonofásicas;

• Uso de linhas elétricas rurais monofásicas;

• Aumento de cargas trifásicas desequilibradas.


“O desequilíbrio em um sistema elétrico trifásico é umaCONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITO

O desequilíbrio em um sistema elétrico trifásico é uma

condição na qual as três fases apresentam diferentes valoresç q p

de tensão em módulo (desbalanço) ou defasagem angular

entre fases diferentes de 120º elétricos (assimetria) ou, ainda,

as duas condições simultaneamente ”as duas condições simultaneamente.cV

•

hω

aV•

β1

β2

β3

QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011bV

•

β2

CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema EquilibradoSistema Equilibrado

Sistema equilibrado de ‘n’ fases:

Impedâncias similares nas fases;

Sistema equilibrado de n fases:

Cargas similares ao longo dos circuitos;

Tensões de alimentação senoidais, de amplitudes iguais, edefasadas por ângulos consecutivos de 360º/n.p g


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema EquilibradoSistema Equilibrado

UmUm sistemasistema trifásicotrifásico ideal,ideal, livrelivre dede desequilíbriosdesequilíbrios ((balanceadobalanceado ee simétricosimétrico),),id did d ff AA f ê if ê i üê iüê i dd ff itiiti éé d dd d

Vc Va Vb Vc+

considerandoconsiderando aa fasefase AA nana referênciareferência ee seqüênciaseqüência dede fasesfases positivapositiva,, éé dadodado emem pupu porpor::

Vc Va Vb Vc.1, 0 0

.V A = ∠ °

120º w

Va1, 0 120

.V B = ∠ − °

120

120º

w

Vb

1, 0 120V C = ∠ + ° 120º


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Equilibrado – Diagrama TrifásicoSistema Equilibrado Diagrama Trifásico


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Equilibrado – Grandezas do Circuito


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado

• Fortescue (1918):

Sistema Desequilibrado

Decomposição em sistemas de seqüência positiva, negativa e zero(componentes simétricas).

Vc

VaVb


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes SimétricasComponentes Simétricas

+ -

Vc1

Va Vb Vc

Vb2

Va Vc Vb

Vao= Vbo= VcoVao= Vbo= VcoVb2

w w

Va1

V 2Va2

Vb1

Vc2

SequênciaP iti

Sequênciati

Sequência


Positiva negativa zero

CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado – Representação FasorialSistema Desequilibrado Representação Fasorial

Vc1Vc1

VcVc2

VaVbVco

Va1Va2

VbVbo Vao

Vb1

Vb2


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado (desbalanceado) – Diagrama Trifásico


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado – Grandezas do Circuito


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado (Assimétrico) – Diagrama Trifásico


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOFonte Desbalanceada – Grandezas do Circuito


CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes Simétricas

. . . .

0 1 2a a a aV V V V= + +

Componentes Simétricas

. . . .

0 1 2b b b bV V V V= + +. . . .

0 1 2c c c cV V V V= + +. .

2V a V× . .1 1

. .

2 2

b a

b a

V a V

V a V

= ×

= ×

1 1

. .2

c aV a V

V a V

= ×

= ×2 2

. .

0 0

b a

b a

V a V

V V

= ×

=

2 2

. .

0 0

c a

c a

V a V

V V

= ×

=1 120ºa = ∠QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

0 0b a 0 0c a

CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes SimétricasComponentes Simétricas

. . . .

0 1 2a a a aV V V V= + +1 120ºa = ∠. . . .

20 1 2b a a aV V a V aV= + +

. . . .2

0 1 2c a a aV V aV a V= + +

• •

01 1 1a aV V⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥

• •

0 1 1 11

a aV V⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥• •2

12• •

1 1

b aa aV Va a

⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦

• •2

12• •

1 1 3

1a b

a aV Va a

⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦

2

1 c a

a aV V⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

• •

2

1 a c

a aV V

⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕES

Componentes Simétricas:

V Módulo da tensão de sequência negativa2 1001

V

V×

Módulo da tensão de sequência negativa

Mód l d t ã d ê i iti1V Módulo da tensão de sequência positiva

NEMA:

Máximo desvio das tensões em relação aovalor médio

100VΔMédia aritmética dos módulos das tensõestrifásicas

100Vmédio

×


trifásicas

DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕES

CIGRÉ:

4 4 41 3 6100

1 3 6ββ

− −×

+ − ( )4 4 4

22 2 2

V V Vab bc ca

V V V

+ +

+ +1 3 6β+ − ( )V V Vab bc ca+ +

IEEE:

( )3 V Vmáx mín⋅ −Maior valor dentre os módulos dastensões trifásicas e menor valordentre os módulos das tensões( )3

100 %V Vmáx mín

V V Va b c⋅

+ +trifásicas

Módulo das tensões trifásicasQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

Módulo das tensões trifásicas

DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESComparação

Fonte: José Carlos de Oliveira Fonte: José Carlos de Oliveira -- UFUUFU

Comparação

171819

FDV [%]

Comparação entre os fatores de desequilíbrio de tensão calculados 13

14151617

de tensão calculados pelos diferentes métodos

910111213

NEMAV2/V1CIGRE

5678

CIGREIEEE

1234


00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desequilíbrio imposto [%]

EXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIO

Calcular o fator de desequilíbrio de acordo comcomponentes simétricas em um sistema de energiacomponentes simétricas em um sistema de energiaque apresente as seguintes tensões:

Va = 219 ∠ 33º V• •⎡ ⎤ ⎡ ⎤Vb = 221 ∠ -90º V

Vc = 217 ∠ 150º V0

• •2

1 1 11 1

a aV V

a aV V

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥1

2• •

2

1 3

1 a b

a c

a aV Va a

V V

= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦


2a c⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦


Calcular o fator de desequilíbrio de acordo comcomponentes simétricas em um sistema de energiacomponentes simétricas em um sistema de energiaque apresente as seguintes tensões:

Va = 219 ∠ 30º V• •⎡ ⎤ ⎡ ⎤Vb = 221 ∠ -90º V

Vc = 217 ∠ 150º V0

• •2

1 1 11 1

a aV V

a aV V

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥1

2• •

2

1 3

1 a b

a c

a aV Va a

V V

= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦


2a c⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦


F M tl b E ll l lFazer um programa no Matlab ou Excell que calculeo desequilíbrio em um sinal elétrico trifásico,comparando os 4 métodos.

Em dupla – Enviar por email (até 01/07)[email protected]


2. Causas2. Causas2. Causas2. Causas


CAUSASCAUSASCAUSASCAUSASSistema desequilibrado de ‘n’ fases:

Tensões de alimentação senoidais, de amplitudes distintas, e/ou defasadas porTensões de alimentação senoidais, de amplitudes distintas, e/ou defasadas porângulos consecutivos distintos de 360º/n;

Combinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas principalmenteCombinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas, principalmentecargas especiais como fornos a arco e máquinas de solda, no mesmo sistema dedistribuição, sendo as cargas monofásicas desigualmente distribuídas ao longo dast ê f d i t

Em sistemas de transmissão de energia elétrica, devido às características dasimpedâncias das linhas aparecem desequilíbrios de tensão Uma das maneiras de se

três fases do sistema;

impedâncias das linhas, aparecem desequilíbrios de tensão. Uma das maneiras de seminimizar os seus efeitos é se fazer a transposição de fases nas torres de transmissãode energia elétrica. Em sistemas de distribuição, porém, isto é uma prática não usual, oque contribui para que o sistema permaneça desequilibrado


que contribui para que o sistema permaneça desequilibrado.

Faltas fase-terra ou entre fases

CAUSASCAUSASCAUSASCAUSAS

Tipos de Fornos Elétricos a Arco

(a) Forno a Arco direto (b) Forno a Arco Submerso (c) Forno a Arco IndiretoForno à Arco IndiretoForno à Arco direto Forno à Arco Submerso


Fornos Elétricos a ArcoCAUSASCAUSASCAUSASCAUSASFornos Elétricos a Arco

AT MT BTTransformadordo forno

Impedância decabos de ligação

Sistema desuprimento

Transformadorda indústria

Filtros de harmônicos

FAE c.a.PAC

Outrosconsumidoresconsumidores

Tensões (Vrms) x Tempo

[V]

86.000

84.000

82.000

Tens

ão [

80.000

78.000

76.000

74.000

QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Van Vbn Vcn

08:4

7:52

09:2

2:52

10:0

1:52

10:3

9:52

11:1

8:52

11:5

6:52

12:3

5:52

13:1

3:52

13:5

3:33

14:3

1:33

15:1

0:33

16:0

3:07

16:4

2:07

17:2

0:07

17:5

9:07

18:3

7:07

19:1

6:41

19:5

4:41

20:3

3:41

21:1

1:41

21:5

0:41

22:2

8:41

23:0

7:41

23:4

5:54

00:2

4:54

01:0

2:54

01:4

0:54

02:1

9:54

02:5

7:54

03:3

6:54

04:1

4:54

04:5

4:14

05:3

2:14

06:1

1:14

06:4

9:14

07:2

8:14

08:1

2:04

08:5

1:04

0929

04

CAUSASCAUSASCAUSASCAUSASMáquinas de Solda

Máquina de solda controlada a tiristoresq

Forma de Onda típica de corrente

i (t)

t


π

Outras Fontes de Desequilíbrios

CAUSASCAUSASCAUSASCAUSAS

Rebocadores, aceleradores de partícula de alta energia, suprimentos de

q

tração em áreas remotas, máquinas CA supercondutoras e aparelhos deraio-X;Combinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas, nomesmo sistema de distribuição, sendo as cargas monofásicasdesigualmente distribuídas ao longo das três fases do sistema;Sistemas de transmissão de energia elétrica, devido a característicasintrínsecas das impedâncias das linhas.


3. Efeitos3. Efeitos3. Efeitos3. Efeitos


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS

Os equipamentos trifásicos operando com tensões d b l d (?) l t f i ã d f desbalanceadas (?) geralmente funcionarão de forma inadequada, podendo sofrer danos e redução da vida útil.q , p ç


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSi (a) + i (a)

v1 (a)(a)

Ai 1

(a) + i h(a)

f C te

Motores de Indução

vh

w1

f 1=C te

f h

Motores de Indução Trifásicos

+

- -

- T1,1 Th,h T1,hw h-Th,1

Aspectos Mecânicos:v1 (b)vh (b)

B

i 1 (b) + i h(b)+ + +

vh (b)

v1 (c)( )

Ci1 (c) + i h(c)


vh (c)

Motores de Indução TrifásicosEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS

Motores de Indução Trifásicos

Potências Dissipadas

Enrolamento do Estator Enrolamento do Rotor22 22 )(3)(3 ++2

SS2

SSJS )I(R3)I(R3P des−+ +=

2RR

2RRJR )I(R3)I(R3P

des−−++ +=

)III(RP 222 ++= )III(RP 222 ++=

Perdas no Núcleo Magnético

)III(RP SSSSJS CABCABdes++= )III(RP RRRRJR CBAdes

++=

g

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

−+

Fe

2S

Fe

2S

Fe R)V(

R)V(3P

des


⎦⎣ FeFe

Motores de Indução TrifásicosEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS

Motores de Indução TrifásicosUm desequilíbrio de 2% nas tensões tornará as correntes 17% desbalanceadas e causará uma elevação de temperatura de 65° (quando normalmente seria de 40° ):uma elevação de temperatura de 65 (quando normalmente seria de 40 ):

QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Elevação de temperatura de um MIT

EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos

QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Elevação das perdas


Elevação de temperatura Δθ

(ºC)

Tempo de vida útil(anos)

Redução de vida útil

(%)0 20 00 20 01 18,46 7,72 17,04 14,83 15 73 21 4

REDUÇÃO DE VIDA ÚTIL EM MOTORES DE INDUÇÃO:

3 15,73 21,44 14,54 27,3 5 13,43 32,86 12 42 37 96 12,42 37,97 11,49 42,58 10,63 46,89 9,84 50 8 9 9,84 50,8 10 9,11 54,415 6,24 68,820 4,31 78,4


, 78,4


Efeitos dos desequilíbrios de tensão em motores elétricos

Característica DesempenhoMotor Indução

Trifásico: 5 H 1725

Característica Desempenho

Tensão Média 230 230 230

% Deseq Tensão 0 3 2 3 5 4 5 Hp, 1725 rpm, 230 V, 60 Hz

% Deseq. Tensão 0,3 2,3 5,4

% Deseq. Corrente 0,4 17,7 40,0

Elevação Temperatura °C 0 25 40Elevação Temperatura, C 0 25 40

• aproximadamente 60% da energia produzida é consumida na alimentação de motores elétricos nos sistemas • aproximadamente 60% da energia produzida é consumida na alimentação de motores elétricos nos sistemas

industriais;

• um pequeno desequilíbrio de tensão - da ordem de 2,3 % - é responsável por um desequilíbrio de corrente - da


p q q , p p q

ordem de 17 % - juntamente com uma elevação de temperatura de 30ºC;

• sabe-se que a cada 10ºC de elevação de temperatura, a vida útil da isolação de um motor elétrico diminui 50%.


QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Fonte: Fonte: AntönioAntönio Carlos Carlos DelaibaDelaiba -- UFUUFU


Expressão de Arrhenius: Vida Útil

θλ kE

Ad −θkAe

dt=

Onde: dλ/dt - Taxa de redução da vida útil;A - constante do material;A constante do material;k - Constante de Boltzmman = 0,86x10-4 [eV];E - Energia de ativação (cte);


g ç ( )θ - Temperatura absoluta em K.


⎞⎛ ΔθE( ) ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ+

Δ−

= θθθθ

λλ nomnomkE

eλλ nome

O dOnde:

λ - Tempo de vida útil;

λnom - Tempo de vida útil nominal;

Δθ - Acréscimo de temperatura em 0C;


θnom - Temperatura nominal do motor em K.


Surgimento de correntes de sequência negativa;Torque: os torques de rotor bloqueado e de frenagem diminuem. Em condiçõesextremamente severas o torque pode não ser o adequado para a aplicação;extremamente severas, o torque pode não ser o adequado para a aplicação;Velocidade nominal: a velocidade nominal diminui ligeiramente;Corrente de rotor bloqueado: o desequilíbrio desta corrente será da mesmaCorrente de rotor bloqueado: o desequilíbrio desta corrente será da mesmaordem que o desequilíbrio das tensões;Ruído e vibração: efeitos mais severos em motores de 2 pólos.


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso Equilibradoç q


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso ç

Desbalanceado



Assimétrico


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso Assimétricoç



Desequilibrado – desbalanço e assimetria



Constituição Física - Retificação de 6 PulsosP

di

av a

L

L

ai

1T 3

T5

T

dv

dV0 b

v

cv

bL

cL

bi

ci

T T 2T

4 6 2


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSFormas de Onda das Tensões para o Retificador de 6 pulsos

Condições Ideais

Tensões Fase-Neutro

av bv cv

Fase-Neutro

Tensões F F

abv bcv cav bav cbv acv

Fase-Fase

Tensões do lado CC dv dV


dv

EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSFormas de Onda das Tensões e correntes no Retificador de 6 pulsosCondições Ideais

Tensões Fase-Neutro

av bv cv

Fase-Neutro

Corrente do lado CC

di

Correntes do lado CAai bi ci



Conteúdo Harmônico da Corrente de Linha para o Retificador de 6 pulsosConteúdo Harmônico da Corrente de Linha para o Retificador de 6 pulsosCondições Ideais

Graph15

2000.0

4000.0

6000.0

8000.0(A) : t(s)

i(ii.a)

ç (A

)

-8000.0

-6000.0

-4000.0

-2000.0

0.0

t(s)

9.95 9.955 9.96 9.965 9.97 9.975 9.98 9.985 9.99 9.995

6 I

Constatações:20.00

25.00

1

1

6. 0, 78.dd

II I

II

π= =

=10.00

15.00

Vdn%

5, 7, 11, 13, ...6 1

nIn

nn k== ±

0.00

5.00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


Harmônicos Característicos → 6k±1 → 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, …Ordem Harmônica


Graph26

800.0

Conteúdo Harmônico da Tensão CC para o Retificador de 6 pulsosConteúdo Harmônico da Tensão CC para o Retificador de 6 pulsosCondições Ideais

Tensão CC antes do Tensão CC antes do Reator de AlisamentoReator de Alisamento

(V)

400.0

500.0

600.0

700.0

0.0

100.0

200.0

300.0

t(s)

9.95 9.955 9.96 9.965 9.97 9.975 9.98 9.985 9.99 9.995

5.00

6.00

V33

Constatações:

2.00

3.00

4.00

VV

VVV

dn

fasefaseeficazm

d

100%

35,1330

×=

×== −π

0.00

1.00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Ordem Harmônicaknn

VV

ddn

6...,24,18,12,6

100%0

==

×=


kn 6=

Harmônicos Característicos → 6k → 6, 12, 18, …

EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSConversores Estáticos de Potência CA-CC

Desequilíbrio dastensões de suprimento 0

av

bv

aL

bL

ai

bi Vi

Conversores Estáticos de Potência CA-CC

tensões de suprimentoem 10%

0 b

cv cL ci dVdv di

25.00

20.00

25.00

I

10.00

15.00

In%

IaIbIc

0.00

5.00

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Correntes de Linha do Retificador


Ordem Harmônica

Harmônicos Não-característicos → 3, 9, 15, …

EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSConversores Estáticos de Potência CA-CC

Desequilíbrio das tensões de suprimento em 10%


12.00

14.00

8.00

10.00

Vdn

%

2.00

4.00

6.00V

Tensão CC do Retificador antes do Reator de Alisamento

0.002 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Ordem Harmônica

Espectro Harmônico


Espectro Harmônico

Harmônicos Não-característicos → 2, 4, 8, 10, 14, 16, 20, 22, …

Conversores Estáticos de Potência CA-CCEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS


• Operação indevida do sistema de retificação;

• Injeção de correntes harmônicas não-características no sistema supridor;

• Flutuações na tensão de saída do conversor.Flutuações na tensão de saída do conversor.


EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSOutros equipamentos

Sobretensões o s btensões em fases distintas

Outros equipamentos

Sobretensões ou subtensões em fases distintas;Flutuação da tensão de neutro (tensões de fase não- aterradas);Circulação de corrente no condutor de retorno;Instrumentos de proteção e de medição: erros de atuação e deInstrumentos de proteção e de medição: erros de atuação e de

leitura.


EFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSGeradores Trifásicos

Fonte: Antönio Carlos Delaiba Fonte: Antönio Carlos Delaiba -- UFUUFU

BARRA2

Harmônicos desequilibrados e tensões desequilibradas

Geradores Trifásicos

BARRA 1138kV

BARRA 24,16 kV

Pn=10MW13,8 kV

BARRA3

T1

Pn = 10MW

P1 + jQ1 (fp = 0,85)Sn1 = 13MVA

Carga Desequilibrada

BARRA 30,44 kV

/ Y138/ 416kV

T2Sn = 25MVA

13,8 / 4,16 kVP2 + jQ2 (fp = 0,85)

Sn2 = 2MVA/ Y416/ 044kV

Vn = 13,8 kV


4,16 / 0,44 kV

Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS

Gerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)Geradores Trifásicos

Tensões na armadura Espectro harmônico da tensão na armadura (v )


armadura (vab)


Geradores TrifásicosGerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)

Correntes na armadura Espectro harmônico da tensão na armadura (ia)


( a)



Corrente no enrolamento de campo Espectro harmônico da corrente no enrolamento de campo


enrolamento de campo



Corrente no enrolamento amortecedor de eixo q

Espectro harmônico da corrente no enrolamento amortecedor de eixo q


eixo q enrolamento amortecedor de eixo q



Conjugado mecânico Velocidade mecânicaQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

Conjugado mecânico Velocidade mecânica

Gerador de 25MVAEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS

Deterioração do sistema isolante do gerador, ou seja, este sofre um stress noisolamento, com a variação dos valores RMS de tensão;

Gerador de 25MVA

ç

O gerador sofre uma substancial alteração no seu comportamento térmico,conseqüentemente podendo reduzir a sua vida útil, devido a altos valores paraconseqüentemente podendo reduzir a sua vida útil, devido a altos valores paraas correntes de armadura, que superam o valor nominal;

Aumento dos níveis de tensão e corrente de excitação à medida que osAumento dos níveis de tensão e corrente de excitação à medida que osdesequilíbrios são intensificados;

A t l t t d i t d ãAs correntes nos enrolamentos amortecedores, em regime permanente, poderãoprovocar aquecimentos excessivos nas sapatas polares e uma conseqüenteredução na vida útil da máquina.


4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação


MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMétodos Clássicos:Δ V

a1 Δ V

a2+

Transformador regulador para controle do módulo da tensão;

Va

Vb

1 2

controle do módulo da tensão;

Transformador regulador para

Vc

Transformador regulador paracontrole da fase da tensão;

Transformador regulador para ocontrole independente do módulo e Δ V

a

Δ Va1

Enrolamentocomponente Δ V

a2

Enrolamentocomponente

controle independente do módulo eda fase da tensão.

Δ V2

Va+ Δ Va1 Δ V

a2+

Δ Va1


Va

MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃO

N Alt tiNovas Alternativas:

Filtros passivos;Filtros ativos;DVR (Dynamic Voltage Restorer);Condicionadores Universais de Energia (UPFC, UPQC);Compensador de Desequilíbrios e de Quedas de Tensão (ADZ).


MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios

FACTS FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems

ImplementaçãoImplementação aa partirpartir dodo finalfinal dada décadadécada dede 6060;;

gg yy

OO nomenome FACTSFACTS sósó passoupassou aa existirexistir aa partirpartir dede 19881988,, porpor HingoraniHingorani (vice(vice--presidentepresidente dodo EPRIEPRI ((EnergyEnergy PowerPower ResearchResearch InstituteInstitute))));;

OO conceitoconceito FACTSFACTS agrupaagrupa umum conjuntoconjunto dede novosnovos equipamentosequipamentos dede eletrônicaeletrônica dedepotênciapotência queque permitempermitem maiormaior flexibilidadeflexibilidade dede controlecontrole dosdos sistemassistemas elétricoselétricos;;pp qq pp

FlexibilidadeFlexibilidade entendeentende--sese comocomo aa capacidadecapacidade dede rápidarápida ee contínuacontínua alteraçãoalteração dosdosparâmetrosparâmetros queque controlamcontrolam aa dinâmicadinâmica dede funcionamentofuncionamento dede umum sistemasistema elétricoelétrico..pp qq


Fonte: CAVALIERE, C. A. C. , Dissertação de Mestrado: “Análise de STATCOM Operando em Sistemas Desbalanceados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2001.


Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystemspp gg yy

CompensadoresCompensadores ligadosligados emem paraleloparalelo àà rederede;;CompensadoresCompensadores ligadosligados emem paraleloparalelo àà rederede;;

CompensadoresCompensadores ligadosligados emem sériesérie àà rederede..


Fonte: CAVALIERE, C. A. C. , Dissertação de Mestrado: “Análise de STATCOM Operando em Sistemas Desbalanceados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2001.


Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems

AA primeiraprimeira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando tiristorestiristores..

LigaçãoLigação emem paraleloparalelo àà rederede::LigaçãoLigação emem paraleloparalelo àà rederede::

TCRTCR ((ThyristorThyristor ControlledControlled ReactorReactor));;

TSCTSC ((Th ristorTh ristor S itchedS itched CapacitorCapacitor))TSCTSC ((ThyristorThyristor SwitchedSwitched CapacitorCapacitor));;

SVCSVC ((StaticStatic varvar CompensatorCompensator))..




AA primeiraprimeira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando tiristorestiristores..

LigaçãoLigação emem sériesérie àà rederede::

TSSCTSSC ((ThyristorThyristor SwitchedSwitched SeriesSeries CapacitorCapacitor));;

TCSCTCSC ((ThyristorThyristor ControlledControlled SeriesSeries CapacitorCapacitor))..




AA segundasegunda geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando autocomutadasautocomutadas tipotipo IGBTsIGBTs((InsulatedInsulated GateGate BipolarBipolar TransistorTransistor)) ouou GTOsGTOs ((GateGate TurnTurn OffOff ThyristorThyristor))..

CompensadorCompensador paralelo,paralelo, STATCOMSTATCOM ((StaticStatic SynchronousSynchronous ShuntShunt CompensatorCompensator))..




AA segundasegunda geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando autocomutadasautocomutadas tipotipo IGBTsIGBTs((InsulatedInsulated GateGate BipolarBipolar TransistorTransistor)) ouou GTOsGTOs ((GateGate TurnTurn OffOff ThyristorThyristor))..

CompensadorCompensador série,série, SSSCSSSC ((StaticStatic SynchronousSynchronous SeriesSeries CompensatorCompensator))..




AA terceiraterceira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS -- integraçãointegração dosdos equipamentosequipamentos sériesérie ee paraleloparaleloemem umauma mesmamesma linhalinha dede transmissãotransmissão..

UPFCUPFC ((UnifiedUnified PowerPower FlowFlow ControllerController)) -- equipamentoequipamento combinadocombinado dodo SSSCSSSC ee dodo STATCOMSTATCOM..




AA quartaquarta geraçãogeração -- aa integraçãointegração dosdos equipamentosequipamentos sériesérie ee paraleloparalelo éé feitafeita emem linhaslinhas dedetransmissãotransmissão diferentesdiferentes::

IPFCIPFC ((InterlineInterline PowerPower FlowFlow ControllerController))..


5. Legislação5. Legislação5. Legislação5. Legislação


LEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃO

PRODISTSub-Módulo 8

IEEE 519 - 1992

IEC 61000-4-30

CENELEC50160

Limites 2% 2% 2% 2%

PRODIST – Procedimentos de Distribuição – 2008 – Sub-módulo 8 – Qualidade da EnergiaElétrica;

IEEE 519 1992 IEEE R d d P ti d R i t f H i C t l iIEEE 519 – 1992 - IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control inElectrical Power Systems.

IEC 61000-4-30 – 2008 - Testing and Measurement Techniques - Power Quality Measurementg q Q yMethods;

CENELEC 50160 – 2007 - Voltage characteristics of electricity supplied by public distributionnetworks


networks.

INDICADORESINDICADORESINDICADORESINDICADORESProcedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Sub-módulo 8

Para eliminar possíveis efeitos das componentes de sequência zero asPara eliminar possíveis efeitos das componentes de sequência zero, as

medições devem ser realizadas para as tensões fase-fase.

O valor de referência nos barramentos do sistema de distribuição, com

exceção da Baixa Tensão deve ser igual ou inferior a 2%exceção da Baixa Tensão, deve ser igual ou inferior a 2%.

Fator de Desequilíbrio - FD ≤ 2%QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

Fator de Desequilíbrio FD 2%

INDICADORESINDICADORESINDICADORESINDICADORES

Padrões de Desempenho da Rede Básica - ONS - Submódulo 2.2

O limite global nos barramentos da Rede Básicag(Vn ≥ 230 kV) é de :

FD ≤ 2%FD ≤ 2%


www.gqee.unifei.edu.br www.gqee.unifei.edu.br Em disciplinas / ECM 124 Em disciplinas / ECM 124 –– Qualidade Qualidade da da Energia IIEnergia II

OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO PELA PELA

ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!

OBRIGADO OBRIGADO PELA PELA

ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!

F I MF I MF I MF I MQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011

QEE – Desequilíbrios · tensão e/ou corrente ... Calcular o fator de desequilíbrio de acordo...

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