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Qualidade da Energia Elétrica em Ambiente Aeronáutico – 2013 J. A. Pomilio

1

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO

Qualidade da Energia Elétrica em Ambiente Aeronáutico

Novembro de 2013

José Antenor Pomilio


2

APRESENTAÇÃO

O curso está dividido em seis módulos. Inicialmente procura-se a caracterização dos fenômenos

relacionados à Qualidade da Energia Elétrica, tendo como base conhecimentos da área de sistemas de

energia elétrica e, subsidiariamente, de eletrônica de potência. São analisadas normas e recomendações

pertinentes ao ambiente embarcado em aeronaves, que constituem a base para a definição da Qualidade

da Energia Elétrica. São estudados com maior detalhe alguns tipos de desvios de qualidade, como as

distorções harmônicas, variações e transitórios de tensão, bem como são vistas algumas alternativas de

minimização de distúrbios ou de mitigação dos mesmos.

Discutem-se também as metodologias digitais utilizadas na instrumentação dedicada à

quantificação desta “Qualidade”, embasando-se em conteúdos relacionados ao processamento digital de

sinais e áreas correlatas.

Estas apostilas passam por constantes atualizações, em função da evolução tecnológica na área,

além do que, o próprio texto pode ainda conter eventuais erros, para os quais pedimos a colaboração dos

profissionais que fizerem uso do mesmo, no sentido de nos enviarem uma comunicação sobre as falhas

detectadas. Os resultados experimentais incluídos no texto referem-se a trabalhos executados pelos

autores, juntamente com estudantes e outros pesquisadores e foram motivo de publicações em

congressos e revistas, conforme indicado nas referências bibliográficas. Figuras obtidas em outras

publicações sempre têm a referência citada.

José Antenor Pomilio é engenheiro eletricista (1983), mestre (1986) e doutor (1991) em Eng. Elétrica pela Universidade

Estadual de Campinas. De 1988 a 1991 foi chefe do grupo de eletrônica de potência do Laboratório Nacional de Luz

Síncrotron. Realizou estágios de pós-doutoramento junto à Universidade de Pádua (1993/1994) e à Terceira Universidade de

Roma (2003), ambas na Itália. Foi presidente da Associação Brasileira de Eletrônica de Potência - SOBRAEP e membro de

diversas diretorias desta entidade. Foi coordenador do Comitê de Eletrônica de Potência e Máquinas Elétricas da Sociedade

Brasileira de Automática, SBA (duas gestões) e membro eleito do Conselho Superior desta Sociedade. Foi membro do

comitê administrativo da IEEE Power Electronics Society por 4 anos. É editor associado da Transactions on Power

Electroncs (IEEE). Foi editor de Eletrônica de Potência, publicação científica da SOBRAEP e de Controle e Automação

(SBA). É Professor Titular da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Unicamp, onde atua deste 1984.

Qualidade da

1 – QUAL

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a Energia Elétr

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DA ENE

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tico – 2013

3

LÉTRICA

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NÁUTICO

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a Energia Elétr

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tico – 2013

4

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5

1.1 Simulação

Dada a complexidade dos sistemas, ao grande número de conversores e cargas, às diferenças nos tempos de resposta dos sub-sistemas, à natureza diversa dos processos de conversão de energia, o uso de simuladores que permitam inserir elementos de circuitos elétricos, conversores eletrônicos de potência, máquinas elétricas, atuadores hidráulicos e pneumáticos, etc., é imprescindível para que se tenha uma visão a mais próxima da realidade possível do como será o comportamento sistêmico.

Enquanto os conversores eletrônicos de potência têm sua frequência de operação na faixa de dezenas de kHz, exigindo intervalos de integração numérica na faixa de microssegundos, a atuação final de um dispositivo mecânico ou hidráulico, ocorrerá em um intervalo de tempo muitas ordens de grandeza acima, tornando o processo de simulação muito longo.

A saída usual para este problema é fazer uma modelagem dos dispositivos eletrônicos de potência a partir do comportamento médio das variáveis de interesse, não sendo necessária uma simulação que represente cada período de comutação dos conversores. A criação de blocos funcionais que representem adequadamente (dentro da faixa de frequência de interesse) é útil para acelerar a simulação iv A figura 1.3 ilustra um sistema no simulador SABER ®, incluindo o gerador, barramentos CA e CC e diversas cargas e conversores.

Figura 1.3 Esquema de rede elétrica simulado em SABER ® . Figura obtida em v

Outra plataforma muito usada para simulação de sistemas é o MatLab/Simulink ®, como mostra a figura 1.4, na qual estão representados modelos para um gerador, diversos conversores eletrônicos de potência e seus respectivos controles, bem como conexões, filtros e cargas.


6

Figura 1.4 Simulação de sistema elétrico e cargas usando Simulink ® . Figura obtida em vi

Modelica1 (R) foi desenvolvido como uma ferramenta de simulação de acesso livre, sendo uma linguagem orientada ao objeto para solução de equações que modelam o sistema. Baseia-se no desenvolvimento de modelos utilizáveis em diferentes contextos (toolboxes) com capacidade de realizar análises em diferentes domínios, eventualmente apresentando compatibilidade com o MatLab/Simulink.vii A figura 1.5 ilustra um sistema simulado. 1.2 Estudos de estabilidade

O fato de muitos conversores eletrônicos de potência compartilharem um mesmo barramento de energia, aliado ao fato de que são necessários filtros (para preservar a qualidade da tensão do barramento e a boa operação do conversor), e ainda ao fato de a maioria dos conversores operar como cargas de potência constante, trazem a necessidade de analisar criteriosamente possíveis problemas de instabilidade nos sistemas devido à interação entre as diversas cargas. A figura 1.6 ilustra um barramento CC que alimenta dois inversores, cada qual com seu filtro de entrada e controle próprios. Uma carga de potência constante implica que, a uma redução na tensão ocorre um aumento na corrente consumida que tende a levar, consequentemente, a uma maior redução na tensão. Essa característica dinâmica equivale a uma resistência negativa, o que torna o controle do sistema mais complexo. Da interação entre a impedância de saída do alimentador com a impedância de entrada do conversor podem advir outros problemas de estabilidade que precisam ser estudados e evitados, ainda na fase de projeto.

1 https://modelica.org/

Qualidade da

a Energia Elétr

Figura 1

Figura

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1.5 Exemplo

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tico – 2013

7

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J. A. Pom

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tico – 2013

8

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tico – 2013

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tico – 2013

10

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tico – 2013

11

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12

Antes de analisar os distúrbios que afetam a qualidade da energia elétrica, pode-se verificar quais seriam as condições ideais de operação de um sistema elétrico. Assim, na falta de critérios específicos para avaliar a qualidade de energia, é possível comparar as condições reais de operação com as características de um sistema ideal e, a partir daí, estabelecer uma escala quantitativa e classificatória para os desvios observados.

1.5.1. Equivalente de Thévenin de um alimentador Como se verifica na Figura 1.7, quando o objetivo da análise de um circuito se resume a

identificar a corrente, a tensão ou a potência a jusante de um par de terminais, então o teorema de Thévenin indica que todo o circuito a montante pode ser reduzido a dois elementos apenas, constituindo uma fonte de tensão com impedância interna. O conjunto de elementos Vth e Zth é designado por equivalente de Thévenin do circuito. Impedância é uma grandeza definida no domínio da frequência.

O estudo de um circuito no domínio da frequência somente permite que sejam tiradas conclusões no domínio do tempo em situações de regime permanente. Situações transitórias só podem ser analisadas utilizando uma descrição do circuito no domínio do tempo, ou seja, a partir das equações diferenciais que descrevem os comportamentos indutivos e capacitivos porventura presentes no circuito.

Para o caso de fontes independentes, a tensão de Thévenin em um dado par de terminais é obtida para a situação de circuito aberto. Já para a obtenção da impedância, as fontes de tensão são curto-circuitadas e as fontes de corrente (se existirem) são abertas. No exemplo do circuito da figura 1.11:

ca

cth ZZ

ZVV+

= 1 ca

cabth ZZ

ZZZR+

+= (1.1)

V1

+ -

Zc

Za Zb

2

1

≡ Vth Vth

+ -

Zth 1

2

VPAC

Figura 1.11 Obtenção do equivalente de Thévenin de um circuito genérico.

Os pontos 1 e 2 configuram o Ponto de Acoplamento Comum (PAC) deste alimentador. A fonte Vth normalmente é suposta uma fonte senoidal ideal (no caso de redes CA), enquanto a impedância Zth modela a queda de tensão que ocorre, em regime permanente, quando alguma carga for conectada entre no PAC. É possível utilizar a modelagem por impedância apenas quando se considera uma frequência específica. Assim, caso a carga produza uma corrente com diversas componentes espectrais, haverá um circuito equivalente para cada frequência, com o devido ajuste no valor das impedâncias. O que todos os consumidores/cargas conectados a um mesmo PAC compartilham é a tensão. A totalidade das cargas conectadas à rede de distribuição de energia é projetada para ser alimentada em tensão. Esta é, pois, a grandeza elétrica a ser preservada, em todas suas características (forma, amplitude e frequência). A diferença entre a tensão no PAC e a tensão da fonte (Vth) se deve à queda de tensão em Zth, sendo, portanto, dependente da corrente. Para um dado limite desta queda, o circuito é capaz de fornecer mais corrente à medida que a impedância se reduza, ou seja, o comportamento se aproxima de uma fonte ideal (Zth=0). Uma fonte ideal pode fornecer qualquer corrente sem alterar sua tensão.


13

Nas linhas de transmissão, o comportamento da impedância equivalente na frequência da rede é, predominantemente, indutivo. Nas redes de distribuição, quanto mais baixo o nível de tensão, o comportamento vai tendendo a ter uma característica resistiva mais relevante, embora, por conta da reatância de dispersão dos transformadores, o efeito indutivo sempre seja importante. Em baixas frequências os efeitos capacitivos, especialmente nas linhas de distribuição, são normalmente desconsiderados.

Em alimentadores CC, embora o comportamento resistivo seja o mais importante, em situações transitórias pode ser necessário analisar também os comportamentos indutivo e capacitivo, para o que se torna necessário resolver as equações diferenciais que representam o circuito.

1.5.2. Representação Fasorial e Impedância Grandezas CA, com forma senoidal (exclusivamente) podem ser representadas por fasores. 2 Sejam: )(. tsenVv p ω= e )(. ϕω −= tsenIi p , cujas representações gráficas estão mostradas na

Figura 1.12.

Figura 1.12 Tensão e corrente senoidais e defasadas.

O método fasorial visa facilitar a análise de circuitos senoidais, em regime permanente. Não serve para analisar comportamentos transitórios, para os quais é necessária a solução das equações diferenciais que descrevem o circuito.

Sabe-se que: θθθ senjAAeA j .cos.. += Por definição: θθ senAeA j .].[ =ℑ e θθ cos.].[ AeA j =ℜ

Dessa forma a tensão e a corrente podem ser expressas como:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ℑ⋅=ℑ= tjptj

p eV

eVv ωω .2

2].[ e ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅ℑ⋅=ℑ= −− tjjptj

p eeI

eIi ωϕϕω .2

2].[

As quantidades 2pV

e ϕjp

eI −

2 são definidas, respectivamente, como fasor de tensão e fasor de corrente.

2 http://www.dsee.fee.unicamp.br/~sato/ET515/node30.html

0 360°

0

i(t)=Ip sin (wt-ϕ)

v(t)=Vp sin (wt)


14

2ˆ pV

V =

ϕjp

eI

I−

=2

ˆ

Figura 1.13 Representação fasorial de tensão e corrente senoidais, em regime permanente.

Na representação fasorial o comportamento oscilatório (na frequência angular ω) deixa de ser considerado. Todas as operações de álgebra vetorial podem ser aplicadas aos fasores.

O conceito de impedância também se aplica, exclusivamente, em situações de regime permanente senoidal Fora de tal situação é necessária a solução das equações diferenciais pertinentes, a fim de conhecer o comportamento de tensões e correntes em um circuito.

As leis de circuitos também podem ser estendidas para as variáveis complexas, resultantes da representação fasorial em regime permanente senoidal. Para os circuitos série RL ou RC, por exemplo, as relações temporais v-i, são dadas por:

dt)t(diL)t(i.R)t(v += e )0(vdt)t(i

C1)t(i.R)t(v c++= ∫

Estas mesmas relações são expressas em termos fasoriais por:

I)LjR(ILjIRV ωω +=+= e I)C1jR(I

Cj1IRV

ωω−=+=

Os coeficientes jω e – j/ω indicam que houve operação de derivada e integração, respectivamente, sobre a variável corrente. A relação entre os fasores de tensão e corrente é um número complexo (e não um fasor), designada como impedância do circuito.

Nos casos dos circuitos série RL e RC, onde X L =ωL é a reatância indutiva e X C =1/ωC é a reatância capacitiva, resultam, respectivamente:

LL jXRLjRZ +=+= ω e CL jXRC1jRZ −=−=

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16

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17

Essas condições garantem que o sistema atenderá adequadamente a qualquer carga prevista para operar com corrente alternada na frequência nominal do sistema. Podemos justificar essas condições ideais da seguinte maneira: 1. Forma senoidal A função senoidal é a única periódica que garantem a mesma forma tanto para o fluxo quanto para a tensão. Pela lei de indução de Faraday, tem-se:

dt)t(d)t(e Φ

= (1.2)

∫= dt).t(e)t(Φ (1.3)

onde: Φ(t) = fluxo magnético variando em uma região envolvida por um condutor elétrico; e(t) = tensão elétrica induzida nos terminais do condutor. Mais importante do que esse fato, apenas esta forma de onda pode ser caracterizada por uma única frequência, permitindo toda formulação dos conceitos de impedância, reatância e análise fasorial. Isso porque as operações matemáticas de derivação e integração produzem apenas mudança de amplitude e deslocamento de fase, sem alterar a forma de onda básica da função senoidal e, portanto, o conteúdo espectral.

Relembre-se que todo o desenvolvimento do sistema elétrico aconteceu em épocas em que não existiam computadores e que toda atividade de projeto e análise dependia de soluções de fácil tratamento numérico, o que aponta a razão para o uso generalizado dos conceitos acima mencionados.

Em ambientes restritos, no entanto, tal restrição de forma de onda pode não ser necessária. Por exemplo, a tensão de saída de um alternador automotivo tem forma trapezoidal, uma vez que isso permite uma minimização do volume do alternador e, adicionalmente, uma forma de tensão plana é mais conveniente para o sistema de carga da bateria, que é a destinação final da energia produzida pelo alternador. Considerando a situação mais geral que é a de geração com forma de onda senoidal, a manutenção do padrão de qualidade da tensão suprida em sistemas CA passa, pois, pela preservação da forma de onda senoidal.

Seja uma tensão senoidal: )ft2sen(.A)t(e θπ += (1.4)

onde: A = amplitude da onda senoidal; f = frequência da onda; θ = ângulo de fase relativo à referência temporal. 2. Amplitude constante Amplitude constante garante o nível de potência desejado para cargas passivas de impedância constante. No entanto, para manter constante a amplitude da tensão no ponto de alimentação, independente da corrente demandada, é necessário dispor de recursos de controle em todos os níveis de tensão:

• nos geradores síncronos, a amplitude da tensão terminal é controlada através do campo de excitação;

• em transformadores reguladores, o nível de tensão é controlado através da troca de derivações. • Em outros pontos da rede, a tensão pode ser regulada através de dispositivos controlados

eletronicamente, os chamados compensadores estáticos de reativos, que controlam a absorção de corrente indutiva ou capacitiva, em função dos desvios da referência de tensão.


18

3. Frequência única Na rede CA convencional, a operação de todos os geradores em uma frequência única permite manter o sincronismo entre os diferentes geradores através de um sistema de controle da geração descentralizado, capaz de manter o equilíbrio dinâmico entre a potência gerada e a potência solicitada pelas cargas, que entram e saem livremente ao longo do tempo.

A necessidade desse controle contínuo da geração em função da demanda variável decorre da impossibilidade de armazenamento da energia elétrica. Isso evidentemente complica o atendimento durante situações de emergência. Desequilíbrios temporários entre a geração e a demanda acarretam variações da velocidade das turbinas e dos geradores que, por princípio, precisam operar em sincronismo. Por essa razão os desvios de frequência são utilizados como indicador de erro de geração, para verificar se a potência gerada atende ou não a carga a cada instante. Redução da frequência em relação à síncrona, acusa geração insuficiente e aumento da frequência, indica excesso de geração. Uma vez que os geradores interligados pela rede operam em sincronismo, independente da distância geográfica entre eles, suas capacidades de absorção das cargas se somam na proporção das inércias das respectivas máquinas. Com isso, além das variações da frequência tornarem-se relativamente menores, as constantes de tempo envolvidas no controle da geração tornam-se grandes. Consequentemente, o controle da frequência do sistema pode ser considerado um processo de ajuste gradual de pequenas perturbações, que o consumidor em geral nem percebe. Isto significa que, do ponto de vista do consumidor, a frequência da rede pode ser considerada o indicador de qualidade da energia elétrica menos preocupante. No caso de uma rede interna a um avião, assim como em outros sistemas isolados (como um navio ou uma plataforma de exploração de petróleo off-shore) a situação é diversa. Quando se tem um único gerador, a questão do sincronismo não se coloca. Havendo mais de um gerador compartilhando um mesmo barramento CA, já tem que haver sincronismo entre ambos. Uma das razões do uso de barramentos CC para distribuição de energia é contornar esse problema. Cada gerador atua independentemente dos demais e a energia produzida é retificada e agregada no barramento CC. Resta aqui um problema que é o atendimento imediato de demanda de potência pelas cargas. Uma vez que não se pode contar com a inércia dos geradores, outras maneiras devem ser previstas, evitando maiores perturbações na tensão. Uma das maneiras é contar com suporte de energia por conta de baterias ou supercapacitores. 4. Fases Equilibradas Em sistemas trifásicos, além da forma de onda, amplitude e frequência constantes, é necessário buscar que a potência se distribua igualmente entre as três fases. Para que isso ocorra, é necessário que o sistema seja equilibrado, ou seja, que atenda às seguintes condições:

- os elementos em cada fase devem ter as mesmas características elétricas e magnéticas; - as tensões em cada fase devem apresentar amplitudes e defasagens iguais.

Essas condições serão satisfeitas se as tensões trifásicas forem dadas na seguinte forma:

v t A fta ( ) .sen( )= +2π θ (1.5) v t A ftb ( ) .sen( / )= + −2 2 3π θ π (1.6) v t A ftc ( ) .sen( / )= + −2 4 3π θ π (1.7)


19

Usando a notação vetorial, as tensões com amplitudes iguais e defasadas de 120° podem ser representadas pelos vetores Va, Vb e Vc no plano complexo, como mostrado na Figura 1.19. Pode-se mostrar que, quando o sistema está equilibrado, o fluxo de potência total é unidirecional e constante, indo da fonte para a carga. Isto garante que não haverá circulação desnecessária de potência na rede e nem sobrecarga de uma fase em relação às outras. Essa condição de operação é extremamente adequada aos geradores, que podem operar com torques constante, minimizando perdas.

Outra razão importante para se ter tensões equilibradas é a correta operação dos conversores eletrônicos, garantindo que a corrente absorvida seja equilibrada entre as fases.

Va=A∠0°

Vb=A∠-120°

Vc=A∠120°

120°

120°

120°

Figura 1.19 - Representação vetorial de tensões trifásicas equilibradas para θ=0°.

5. Fator de potência unitário Manter o sistema trifásico equilibrado não garante, no entanto, que o fluxo de potência nas linhas seja mínimo para atender a uma dada carga. Essa condição só será satisfeita se a carga apresentar fator de potência unitário. Nessa situação, os sistemas de transmissão e distribuição ficam livres de suprir potência reativa, que aumentaria as perdas de transmissão. A demanda da carga por potência reativa pode ser atendida localmente, através de bancos de capacitores e de reatores fixos ou controlados, no caso de carga variável. As normas para a rede CA (60Hz) prevêem um fator de potência mínimo de 0,92, com tendência a se tornar ainda mais elevado (0,95-0,96). Redes embarcadas possuem outras restrições. A elevação do fator de potência não é um problema apenas de melhoria da qualidade da energia, mas sim uma questão econômica, associada a outros fatores de operação como a manutenção do perfil plano de tensões ao longo da rede, a minimização das perdas e garantir a capacidade de regulação da tensão. Em uma aeronave, a norma DO-160F xv, estabelece limites para cada equipamento conectados à rede CA (e não para um conjunto destes, como é o caso das redes de 60 Hz). Os valores dependem da potência de cada carga e da frequência presente no barramento (no caso de geração com frequência variável). 6. Perdas nulas Manter as perdas mínimas é, sem dúvida, uma condição desejável do ponto de vista da eficiência do transporte do produto energia elétrica desde os locais de geração até os pontos de consumo.

Por outro lado, os elementos resistivos (cargas e alimentadores) são responsáveis pela atenuação de oscilações transitórias, de modo que cumprem um papel importante na QEE. O papel dominante para o amortecimento é o das cargas, enquanto o efeito das linhas é dominante em momentos como a energização de transformadores, quando ainda não existe carga conectada. É usual considerar que perdas de transmissão de 3% a 5% constituem um compromisso satisfatório para a operação do sistema elétrico.


20

1.5.6. Condições reais de operação Em um sistema real é impossível satisfazer totalmente as condições ideais descritas anteriormente, pois a rede e os equipamentos elétricos estão sempre sujeitos a falhas ou perturbações que deterioram de alguma maneira as condições que seriam desejáveis para a operação. Quem determina o grau de confiabilidade com que essas condições podem ser atendidas depende, em grande parte, dos sistemas de monitoração e controle que estiverem disponíveis no sistema. Usando como referência as condições de operação do sistema ideal, pode-se adotar como critério para avaliar a qualidade da energia elétrica o afastamento que o sistema real experimenta dessas condições ideais. Essa abordagem permite estabelecer índices que avaliam a deterioração das condições de operação, em função dos distúrbios que são impostos ao sistema.

1.6. Aspectos Introdutórios do Estudo de QEE

A energia elétrica pode ser analisada, em termos do vasto espectro de estudos de Qualidade sob dois focos: como produto e como serviço.

No caso de redes comerciais, a qualidade da prestação do serviço de distribuição de energia elétrica pode ser medida através de indicadores de qualidade do atendimento, de qualidade do serviço e de qualidade do produto. Além destes, outros fatores como segurança, satisfação dos clientes, impacto ambiental e custos também podem ser incorporados para uma avaliação ampla do que considera como qualidade da energia elétrica.

Pode-se definir que um serviço de fornecimento de energia é de boa qualidade, quando garante, a custos aceitáveis, o funcionamento seguro e confiável de equipamentos e processos, sem afetar o meio ambiente e o bem estar das pessoas.xvi

A qualidade do serviço é medida em termos da continuidade do fornecimento da energia elétrica que, idealmente, a qualidade de serviço deve garantir a continuidade plena e a oferta ilimitada de energia elétrica.

A qualidade do atendimento se refere às relações entre cliente e fornecedor de energia e diz respeito à presteza e à eficiência do atendimento pela concessionária às solicitações do cliente.

Tais conceitos, no entanto, não se aplicam diretamente nos sistemas embarcados, nos quais não se admite a falha no fornecimento da energia elétrica. Devem ser previstos sistemas redundantes de alimentação ininterrupta.

O termo qualidade de energia elétrica (QEE) se refere mais diretamente às qualidade do produto e tem sido usado para expressar as mais variadas características da energia elétrica entregue pelas concessionárias aos consumidores xvii xviii. Uma definição abrangente define QEE como sendo uma medida de quão bem a energia elétrica pode ser utilizada pelos consumidores xix xx. Essa medida inclui características de continuidade de suprimento e de conformidade com certos parâmetros considerados desejáveis para a operação segura, tanto do sistema supridor como das cargas elétricas. Dentre os parâmetros a considerar tem-se: • Distorções harmônicas; • Flutuações de tensão; • Variações de tensão de curta duração; • Desequilíbrio de sistemas trifásicos; • Transitórios. Os conceitos de QEE devem estar submetidos aos princípios que regem a compatibilidade eletromagnética (CEM) entre os equipamentos conectados a uma mesma rede ou em um mesmo ambiente v.


21

Assim, para definir o que seja qualidade de energia elétrica, tem-se que tratar de vários problemas que afetam as cargas, com efeitos diretos ou indiretos. Esses problemas vão desde os incômodos visuais provocados pela variação luminosa devido à má regulação da tensão, até a interferência em equipamentos eletrônicos sensíveis, causada por perturbações no fornecimento de energia ou por fenômenos de mais alta frequência. As cargas estão cada vez mais sensíveis e dependentes das condições de operação do sistema de energia elétrica. Isso se deve ao aumento da complexidade das funções que as cargas devem desempenhar, o que leva à necessidade do uso de dispositivos digitais de comando e controle os quais, se sofrerem qualquer tipo de interrupção no processamento, podem inviabilizar a continuidade do funcionamento do aparelho.

1.6.1. Por que monitorar a qualidade da energia elétrica? Existem estudos que mostram os custos relacionados com perda de qualidade da energia elétrica nas redes comerciais. Estudos baseados em inquéritos junto a empresas afetadas xxi xxii mencionam que a indústria manufatureira americana tem perdas da ordem de 10 bilhões de dólares associados a interrupções de processos. Outro estudo realizado na Europa xxiii indica que os custos associados com vários tipos de distúrbios são da mesma ordem, enquanto as ações preventivas teriam um custo de 5% deste valor. Além dos números já serem elevados na época da pesquisa citada, estima-se que tais custos subam rapidamente ao não serem tomadas medidas saneadoras. Isso se deve aos efeitos cumulativos que a perda de qualidade pode impor, seja através da redução da vida útil de dispositivos, limitação da capacidade efetiva dos equipamentos, mau funcionamento de máquinas além das perdas elétricas em si.

1.6.2. Como monitorar a qualidade da energia elétrica? É necessário fazer uma pesquisa (estudo) para diagnosticar as causas de um problema relativo à qualidade da energia elétrica. Como se trata de diagnosticar um problema de compatibilidade eletromagnética, essa pesquisa pode envolver questões que vão além de um simples problema tecnológico. Uma abordagem recomendável, a posteriori, incluiria os seguintes passos:

1. em primeiro lugar deve-se conhecer os problemas que se poderá enfrentar; 2. deve-se estudar as condições locais onde o problema se manifesta; 3. se possível, medir e registrar as grandezas contendo os sintomas do problema; 4. analisar os dados e confrontar os resultados obtidos com estudos ou simulações; 5. finalmente diagnosticar o problema, sua possível causa e propor soluções.

Cada um desses passos requer um conhecimento ou estudo específico. Quando se tem uma idéia de como os problemas se manifestam, das suas causas, dos seus efeitos e das soluções usuais, fica mais fácil chegar a um diagnóstico correto. Conhecer as condições locais é fundamental para levantar corretamente as hipóteses que levam às causas do problema. As circunstâncias locais muitas vezes interferem na forma em que os sintomas se apresentam ao observador. Por exemplo, o afundamento da tensão pode ser a causa da falha na partida de um motor (dimensionamento errado do alimentador) ou a consequência (curto-circuito no enrolamento, falta de fase, etc.). Saber escolher corretamente os instrumentos de medição e os locais mais adequados para a sua instalação pode ser decisivo para se conseguir detectar e quantificar o problema. Por exemplo, surtos rápidos de sobre-tensão podem passar desapercebidos mesmo quando se utilizam osciloscópios rápidos, se o nível de trigger não for ajustado adequadamente. Conhecer a faixa de frequências do distúrbio também é importante para escolher o tipo de registrador que deve ser usado. Fenômenos térmicos, por


22

exemplo, costumam ser lentos, requerendo registradores contínuos para longos períodos de medição. Eventos intermitentes ou espúrios podem requerer registradores contínuos para a sua detecção. Fenômenos periódicos, como ressonâncias harmônicas ou modulação de amplitude, podem requerer analisadores de espectro em frequência. A interpretação dos dados recolhidos muitas vezes exige certo conhecimento sobre as técnicas de medição. Isso é válido particularmente com os analisadores de espectro, devido às limitações impostas pelo truncamento do sinal amostrado. O efeito de vazamento espectral (“aliasing”), causado pelo truncamento da amostragem, pode ser confundido com componentes inter-harmônicas ou modulantes, que na verdade não existem. Dependendo do princípio de funcionamento de instrumento, as medidas podem ser contaminadas erradamente pela presença de harmônicas. Os modelos de simulação também são úteis para validar as conclusões e encontrar soluções. Modelos físicos ou matemáticos, que permitem realizar simulações computacionais, muitas vezes ajudam a entender o fenômeno e permitem descobrir em que condições o problema se manifesta. Por outro lado, uma solução simples às vezes só é encontrada depois que o problema foi exaustivamente estudado através de simulação. Ou seja, não é porque o problema parece ser complexo, que a solução não possa ser simples.

1.6.3. Algumas situações ilustrativasxxiv A máquina de refrigerantes Especialistas em qualidade de energia elétrica foram chamados para investigar um problema no sistema de alimentação de um centro de processamento de dados de uma grande empresa. Foram instalados equipamentos para monitorar a tensão de alimentação do computador que era mais afetado e se constatou que a cada 15 minutos aproximadamente ocorria um transitório na tensão que interferia no funcionamento dos computadores. Feito o levantamento das cargas ligadas ao ramal, se verificou que no corredor em frente à sala dos computadores havia uma máquina de refrigerantes para uso dos funcionários. Na falta de alimentador próprio, o refrigerador havia sido ligado no mesmo circuito que alimentava a sala dos computadores. Quando o motor do refrigerador partia a cada 15 minutos, ocorria uma sub-tensão que interferia no funcionamento dos computadores. Identificado o problema e a sua causa, a solução óbvia era mudar a alimentação da máquina de refrigerantes. Por falta de outra tomada, deslocou-se a máquina para outro local no mesmo corredor, verificando-se que o problema estava resolvido. Quinze dias depois, os especialistas foram novamente chamados, porque o problema tinha voltado a aparecer. Nova monitoração na sala dos micros e os tais transitórios lá estavam. A equipe foi checar e constatou que a máquina de refrigerantes tinha sido recolocada no corredor. Por que? Porque os usuários não tinham sido informados sobre a causa do problema. Por isso trataram de colocar a máquina de volta, para ficar mais perto do local de trabalho! Evidentemente, quem acompanhou o processo errou por não ter esclarecido os usuários sobre a causa do problema. O culpado Uma concessionária foi interpelada por uma indústria siderúrgica com a reclamação de que suas novas e modernas máquinas de laminação não estavam funcionando adequadamente, ocorrendo muitas falhas do sistema de controle do processo de laminação. O fabricante das máquinas foi chamado e diagnosticou que se tratava de um problema com a baixa qualidade da tensão de alimentação, cuja forma de onda interferia na operação dos sistemas digitais de controle. Foram feitas medições no local pela concessionária e se constatou que de fato os níveis de harmônicas e de flicker estavam acima dos limites permitidos. Encaminhado o relatório da


23

concessionária sobre essas medições, a diretoria da indústria solicitou que a concessionária tomasse providências urgentes para sanar o problema observado na tensão de alimentação. Restou à concessionária explicar que os problemas com os laminadores eram causados pelo forno a arco instalado na própria indústria e que, portanto, era ela quem causava as perturbações da tensão de alimentação em toda a região circunvizinha. Neste caso o consumidor foi causa e vítima da perda de QEE. As baterias do 787

A causa raiz das falhas das baterias do 787 pode nunca ser estabelecida, mesmo assim a Boeing está buscando uma solução visando recolocar a aeronave no ar.xxv

A frota de 787 se manteve em terra a partir de 16 de Janeiro de 2013, após dois incidentes em que suas baterias de íon de lítio falharam na sequência de um superaquecimento e vazamento de eletrólito, resultando em significativa de carbonização. No primeiro incidente, uma bateria de unidade de potência auxiliar na Japan Airlines 787 falhou enquanto a aeronave estava no chão em Boston Logan International Airport. No segundo incidente, um Nippon Airways 787 teve que ser desviado para Takamatsu no Japão após a tripulação recebeu um alerta na cabine informando que a bateria principal falhara.

Boeing e o fabricante da bateria, GS Yuasa, trabalharam para investigar os incidentes de bateria, mas nenhuma causa definitiva foi encontrada até agora para as falhas de bateria. "Nos eventos de Logan e Takamatsu, talvez nunca tenhamos uma causa raiz única, mas o processo aplicado para entender as melhorias que podem ser feitas é o processo mais robusto que já seguimos," diz a Boeing.

Foram propostas e implementadas mudanças significativas para o sistema de bateria destinadas a tornar mais fácil resfriar as células, bem como uma nova solução de contenção que impediria que as células superaquecidas da bateria entrem em combustão. Também foi reformulado o carregador de bateria, com níveis reduzidos de carga máximos, limitação do nível de descarga e uma sequência de carregamento suavizada.

Figura 1.20 Bateria de íon de lítio utilizada inicialmente no projeto Boeing 787.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:1-7-12_JAL787_APU_Battery.JPG


24

1.7. Referências i X. Roboam, “New trends and challenges of electrical networks embedded in “more electrical aircraft”, IEEE ISIE 2011, Gdansk, Poland, 27-30 june 2011, pp. 26-31. ii S. Wu, Y. Li; “Application and Challenges of Power Electronics for Variable Frequency Electric Power System of More Electric Aircraft”, International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), Beijing, China, 2011 iii Odavic, M.; Sumner, M.; Zanchetta, P.; Control of a multi-level active shunt power filter for More Electric Aircraft, 13th European Conference on Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. iv S.V. Bozhko, T. Wu, Y. Tao, G. M. Asher, “More-Electric Aircraft Electrical Power System Accelerated Functional Modeling”, Proc. of 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2010. v J. Faucher, “Simulation study of new aircraft electrical power network performances”, MOET Forum, Barcelona, 2009, http://www.eurtd.com/moet/PDF/B.pdf. vi http://www.mathworks.com/products/demos/shipping/powersys/webview/power_aircraft_distribution_01/power_aircraft_distribution_slwebview_files/index.html vii Johann Bals, Yang Ji, Martin R. Kuhn, Christian Schallert, “Model Based Design and Integration of More Electric Aircraft Systems Using Modelica”, MOET Forum, Barcelona, 2009. viii Andreas Idebrant, Peter Fritzson, “Aircraft – A Modelica Library for Aircraft Dynamics Simulation”, https://modelica.org/publications/papers/2004-09-Idebrant-Fritzson-AircraftLib-Eurosim.pdf/at_download/file ix X. Liu, A. Forsyth, H. Piquet, S. Girinon, X. Roboam, N. Roux, A. Griffo, J. Wang, S. Bozhko, P. Wheeler, M. Margail, J. Mavier et L. Prisse, “Power quality and stability issues in more-electric aircraft electrical power systems”, MOET Forum, Barcelona, Sept 2009. x A. A. AbdElhafez, A. J. Forsyth, A Review of More-Electric Aircraft, 13th International Conference on AEROSPACE SCIENCES & AVIATION TECHNOLOGY, ASAT- 13, Cairo, Egito, May 26 – 28, 2009, Paper: ASAT-13-EP-01 xi T. F. Glennon, "Fault-tolerant generating and distribution system architecture," IEE Colloquium on All Electric Aircraft, 1998, pp. 4/1-4/4. xii A. M. Cross, A. J. Forsyth, and G. Mason, "Modelling and simulation strategies for the electric system of large passenger aircraft," Proceedings of the SAE Conference, 2002 pp. 487-495. xiii S. Mollov, A. J. Forsyth, and M. Bailey, "system modelling of advanced electric power distribution architecture for large aircraft," Proceedings of the SAE conference, 2000, pp. 904-913. xiv CSPE "Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica - Indicadores, Padrões e Penalidades". Documento Preliminar para Discussão. Versão 2, Jul. 1997.

Qualidade da

xv RTCA DOInput xvi J. A.AFUNDAMTRANSITÓ xvii P.F. RibeBrasileiro de xviii ANEEL,Módulo 8 – xix Operadorversão aprov xx Power QuEurelectric, xxi M.McGra2002. xxii EPRI, “Twww.epri.co xxiii D. Chapabril de 200 xxiv S. M. De xxv http://www

a Energia Elétr

O-160F, Env

Mendes SMENTOS DÓRIOS ELET

eiro, "Qualide Qualidade

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r Nacional dovada pelo Co

uality in EuroFeb. 2004.

anaghan, B. R

The cost of Poom;ceids

man, “Os cu2. Acessível

eckmann, Ap

w.flightglobal

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Silva, “ANADE TENSÃTROMAGNÉ

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energia elétrigy.org

ção da Qualid

use-of-787-bat

edures for Ai

VA DE REROGRAMAS Mestrado, U

Elétricos". W1996.

ca no SistemRevisão 2, Da

de Desempenhe 2000.

1 Edition, Ust

ower Quality

gital economy

ica”, Cooper

dade da Ener

ttery-issues-m

irborne Equip

SULTADOSS DE CUUNIFEI, 2004

Workshop no

ma Elétrico Naata de Vigênc

ho da Rede B

Union of the E

y”. IEEE Spe

y companies”

Developmen

rgia Elétrica”

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S DE SIMUURTO-CIRCU4.

SBQEE- Sem

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Básica – Sub

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ectrum Vol.22

”, 2001, aces

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