Qualidade de Energia
description
Transcript of Qualidade de Energia
![Page 1: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/1.jpg)
![Page 2: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/2.jpg)
Ricardo Alves Gonzaga
UFPR - Eng. Elétrica
Medidas Elétricas
Qualidade de EnergiaQualidade de Energia
![Page 3: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/3.jpg)
Tópicos de discussão
Introdução Variações e flutuações na tensão Desequilíbrios de tensão Harmônicas Efeito das harmônicas Limite para as harmônicas
![Page 4: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/4.jpg)
O que é Qualidade de Energia ?
É qualquer problema na tensão,
na corrente ou desvio na
freqüência que resulte em falha
ou prejudique a operação dos
equipamentos
![Page 5: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/5.jpg)
Por que a Qualidade de Energia é importante ? Equipamentos Eletrônicos
sensíveis Aumento das cargas não lineares Ressonância Outros
![Page 6: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/6.jpg)
Distúrbios gerados pela concessionária
A mudança de tap de transformadores gera transitórios
A atuação de disjuntores gera transitórios
A inserção de capacitores gera transitórios
Etc
![Page 7: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/7.jpg)
Distúrbios gerados pelo consumidor
Conversores Eletrônicos Fornos a arco Desequilíbrio de cargas Partida de grandes motores Etc
![Page 8: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/8.jpg)
Variações na tensão
Transitórios Variações de curta duração Variações de longa duração Interrupções Distorções na forma de onda "Flicker” Variações na freqüência
![Page 9: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/9.jpg)
Transitório
Um repentino distúrbio devido a uma rápida mudança nas condições da tensão e/ou corrente
Duração: 30 a 200 s
![Page 10: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/10.jpg)
Transitório
Causa:
Impactos:
Descarga Atmosférica
Falha em transformadores
Falha em pára-raios Danos em
equipamentos do consumidor
![Page 11: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/11.jpg)
Variação de Tensão de Curta Duração
Afundamento de tensão
Elevação de tensão
![Page 12: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/12.jpg)
Afundamento de Tensão
Decréscimo entre 0,1 e 0,9 pu do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração de 0,5 ciclo até 1 min
![Page 13: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/13.jpg)
Afundamento de Tensão
Causas
Impacto
Falta local ou remota
Partida de grandes motores
Prejudica o funcionamento de equipamentos sensíveis
![Page 14: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/14.jpg)
Elevação de Tensão
Acréscimo entre 1.1 e 1.8 pu do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração de 0,5 ciclo até 1 min
![Page 15: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/15.jpg)
Elevação de Tensão
Causa
Impactos
Faltas fase - terra
Sobretensão nos equipamentos
Danos a supressores de sobretensão
![Page 16: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/16.jpg)
Variação de Tensão de Longa Duração
Sobretensão
Subtensão
![Page 17: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/17.jpg)
Sobretensão
Acréscimo maior do que 110 % do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração superior a 1 min
![Page 18: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/18.jpg)
Sobretensão
Causas
Impacto
Introdução de banco de capacitores
Desligamento de cargas pesadas
Sistema de regulação de tensão
Alteração de desempenho e/ou vida útil de certos equipamentos
![Page 19: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/19.jpg)
Subtensão
Decréscimo abaixo de 90 % do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração superior a 1 min
![Page 20: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/20.jpg)
Subtensão
Causas
Impacto
Retirada de banco de capacitores
Entrada de cargas pesadas
Sistema de regulação de tensão
Alteração de desempenho e/ou vida útil de certos equipamentos
![Page 21: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/21.jpg)
Interrupções
Interrupção momentânea: de 0,5 até 3 segundos
Interrupção temporária: de 3 a 60 segundos
Interrupção de longa duração: acima de 1 minuto
![Page 22: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/22.jpg)
Interrupções
Causas
Impacto
Faltas temporárias (exemplo: galho)
Descarga atmosférica
Faltas permanentes
Interrupção da operação com perda de produção e lucros cessantes
![Page 23: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/23.jpg)
Distorção na Forma de Onda
Harmônicas
Onda deformada por comutação
Onda com ruído superposto
![Page 24: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/24.jpg)
Harmônicas
São produzidas por cargas não lineares, tais como equipamentos de eletrônica de potência.
Essas cargas geram correntes não senoidais mesmo sendo alimentadas com tensão senoidal.
![Page 25: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/25.jpg)
Harmônicas
Causa
Impactos
Cargas não lineares
Operação prejudicada de equipamentos sensíveis
Falhas em capacitores ou queima do fusível
Interferência na comunicação telefônica
![Page 26: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/26.jpg)
Onda deformada por comutação
Distúrbio na forma de onda da tensão causada pela operação normal de chaves semicondutoras quando a corrente é comutada de uma fase para outra.
![Page 27: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/27.jpg)
Onda deformada por comutação
Causa
Impacto
Operação normal de retificadores
Operação prejudicada de equipamentos sensíveis
![Page 28: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/28.jpg)
Onda com ruído superposto
É qualquer sinal elétrico não desejado com intervalo de freqüência menor do que 200 kHz superposto á corrente ou tensão do sistema.
![Page 29: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/29.jpg)
Onda com ruído superposto
Causas
Impactos
Fontes chaveadas
Solda elétrica
Prejudica o funcionamento de microcomputadores, controladores lógicos programáveis, etc
![Page 30: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/30.jpg)
Flutuação de Tensão “Flicker”
É causada por carga que varia rápida e continuamente a corrente solicitada, particularmente a sua componente reativa.
![Page 31: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/31.jpg)
Flutuação de Tensão “Flicker”
Causa
Impactos
Fornos a arco
Variação do fluxo luminoso em lâmpadas, abalando o sistema nervoso devido ao desconforto visual
Oscilação de potência e de torque em motores
![Page 32: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/32.jpg)
Variação na Freqüência
Desvio no valor nominal da freqüência fundamental do sistema elétrico.
![Page 33: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/33.jpg)
Variação na Freqüência
Causas
Impacto
Falta em ponto importante do sistema elétrico
Desconexão de grandes blocos de carga
Desconexão de uma grande fonte de geração
Prejudica a operação de equipamentos
![Page 34: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/34.jpg)
Desequilíbrio de Tensão
É a condição na qual as fases apresentam diferentes valores de tensão tanto em módulo como em fase.
A caracterização da presença de desequilíbrios pode ser feita através de diferentes métodos.
![Page 35: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/35.jpg)
Método das componentes simétricas
Neste método, o grau de desequilíbrio é definido pela relação entre os módulos da tensão de seqüência negativa e da tensão de seqüência positiva.
100V
V%GD
1
2
![Page 36: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/36.jpg)
Método do máximo desvio da tensão média
Neste método, o grau de desequilíbrio é definido como a relação entre o máximo desvio da tensão média e a tensão média.
100V
V%GD
médio
![Page 37: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/37.jpg)
Harmônicas
São distorções na forma de onda da tensão e/ou corrente, caracterizadas por sinais senoidais com freqüências múltiplas e inteiras da freqüência fundamental.
![Page 38: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/38.jpg)
Harmônicas
![Page 39: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/39.jpg)
Harmônicas
![Page 40: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/40.jpg)
Cargas não lineares
São cargas que, embora sujeitas a uma tensão senoidal, solicitam da rede uma corrente não senoidal.
Equipamentos que se utilizam da eletrônica de potência recortam a onda de corrente.
![Page 41: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/41.jpg)
Distorção Harmônica Individual
É a relação entre a amplitude da harmônica de ordem “h” e a correspondente grandeza (corrente ou tensão) fundamental
100I
IIHD
1
h
![Page 42: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/42.jpg)
Distorção Harmônica Total
É a relação entre o valor eficaz das componentes harmônicas e a correspondente grandeza (corrente ou tensão) fundamental
1
25
24
23
22
I
IIIIDHT
![Page 43: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/43.jpg)
Fator de Deslocamento
É o cosseno do ângulo de defasagem entre a onda fundamental de tensão e a onda fundamental de corrente.
O cos só é igual ao F.P. no caso de ondas puramente senoidais.
![Page 44: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/44.jpg)
Conceitos - Harmônicas
As harmônicas de corrente exigem um sobredimensionamento da instalação elétrica e dos transformadores, além de aumentar as perdas (efeito pelicular).
![Page 45: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/45.jpg)
Conceito
A componente de 3a harmônica da corrente, em sistema trifásico com neutro, pode ser muito maior do que o normal.
![Page 46: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/46.jpg)
Conceito
As componentes harmônicas podem excitar ressonâncias no sistema de potência, levando a picos de tensão e de corrente, podendo danificar dispositivos conectados à linha.
![Page 47: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/47.jpg)
Conceito
As componentes harmônicas da corrente também contribuem para o aumento da corrente eficaz, de modo que elevam a potência aparente sem produzir potência ativa (supondo a tensão senoidal). Assim, uma correta medição do FP deve levar em conta a distorção da corrente, e não apenas a componente reativa (na freqüência fundamental).
![Page 48: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/48.jpg)
Conceito
Num caso genérico, tanto a componente fundamental quanto as harmônicas podem produzir potência ativa, desde que existam as mesmas componentes espectrais na tensão e na corrente, e que sua defasagem não seja 90 graus.
![Page 49: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/49.jpg)
Efeito das Harmônicas
Motores e Geradores Transformadores Cabos de Alimentação Capacitores Equipamentos Eletrônicos Aparelhos de medição Fusíveis Relés de proteção
![Page 50: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/50.jpg)
Motores e Geradores
Provoca o aumento do aquecimento devido ao aumento das perdas no ferro e no cobre. Afeta-se, assim, sua eficiência e o torque disponível. Além disso, tem-se um possível aumento do ruído audível, quando comparado com alimentação senoidal.
![Page 51: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/51.jpg)
Motores e Geradores
Algumas componentes harmônicas, ou pares de componentes (por exemplo, 5a e 7a, produzindo uma resultante de 6a harmônica) podem estimular oscilações mecânicas em sistemas turbina-gerador ou motor-carga, devido a uma potencial excitação de ressonâncias mecânicas.
![Page 52: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/52.jpg)
Transformadores
Também neste caso tem-se um aumento nas perdas. Harmônicos na tensão aumentam as perdas no ferro, enquanto harmônicos na corrente elevam as perdas no cobre. A elevação das perdas no cobre deve-se principalmente ao efeito pelicular, que implica numa redução da área efetivamente condutora à medida que se eleva a freqüência da corrente.
![Page 53: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/53.jpg)
Transformadores
O efeito das reatâncias de dispersão fica ampliado, uma vez que seu valor aumenta com a freqüência. Isso prejudica a regulação dos transformadores devido à maior queda de tensão.
![Page 54: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/54.jpg)
Cabos de Alimentação
Em razão do efeito pelicular, que restringe a seção condutora para componentes de freqüência elevada, também os cabos de alimentação têm um aumento de perdas e queda de tensão devido às harmônicas de corrente.
![Page 55: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/55.jpg)
Cabos de Alimentação
Tem-se, também, o chamado "efeito de proximidade", o qual relaciona um aumento na impedância do condutor em função do efeito dos campos magnéticos produzidos pelos demais condutores colocados nas adjacências.
![Page 56: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/56.jpg)
Capacitores
O maior problema é a possibilidade de ocorrência de ressonâncias (excitadas pelas harmônicas), podendo produzir níveis excessivos de corrente e/ou de tensão.
![Page 57: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/57.jpg)
Capacitores
As correntes de alta freqüência, que encontrarão um caminho de menor impedância pelos capacitores, elevarão as suas perdas ôhmicas. O decorrente aumento no aquecimento do dispositivo encurta a vida útil do capacitor.
![Page 58: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/58.jpg)
Equipamentos Eletrônicos
Alguns equipamentos são muito sensíveis a distorções na forma de onda de tensão. Por exemplo, se um aparelho utiliza os cruzamento com o zero para realizar alguma ação, distorções na forma de onda podem alterar, ou mesmo inviabilizar, seu funcionamento.
![Page 59: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/59.jpg)
Equipamentos Eletrônicos
Caso as harmônicas penetrem na alimentação do equipamento por meio de acoplamentos indutivos e capacitivos (que se tornam mais efetivos com a aumento da freqüência), eles podem também alterar o bom funcionamento do aparelho.
![Page 60: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/60.jpg)
Aparelhos de Medição
Os instrumentos eletrônicos de medição são capazes de efetuar leituras baseados nos valores eficazes verdadeiros, independentemente das formas de onda envolvidas, porém tais instrumentos são de custo superior aos convencionais.
![Page 61: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/61.jpg)
Aparelhos de Medição
Os transformadores de potencial e de corrente ( TP’s e TC’s ) utilizados para medição não são afetados nas condições de conteúdo harmônico normalmente encontrados em sistemas elétricos.
![Page 62: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/62.jpg)
Aparelhos de Medição
Dispositivos com discos de indução, como os medidores de energia, são sensíveis a componentes harmônicas, podendo apresentar erros positivos ou negativos, dependendo do tipo de medidor e da harmônica presente. Em geral a distorção deve ser elevada (>20%) para produzir erro significativo.
![Page 63: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/63.jpg)
Fusíveis
É preciso empregar um redutor em relação ao seu valor nominal de corrente. Não existem ainda padrões referentes a níveis de harmônicas que tais dispositivos devam suportar ou ter capacidade de interromper o fluxo.
![Page 64: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/64.jpg)
Relés de proteção
Os relés, geralmente, apresentam tendência de atuar de modo mais lento e com valores de atuação mais elevado, na presença de distorção harmônica. No entanto, o inverso também acontece.
![Page 65: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/65.jpg)
Relés de proteção
Na maior parte dos casos em que o THD mantém-se na faixa de 5 %, as mudanças na operação dos relés são pequenas. Relés de sobretensão e de sobrecorrente de fabricantes diferentes apresentam comportamentos também diferentes na presença de distorção harmônica.
![Page 66: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/66.jpg)
Documentos Brasileiros
“Critérios e procedimentos para o atendimento a consumidores com cargas especiais”. Publicado em fevereiro de 1993.
“Procedimentos de medição para aferição da qualidade da onda de tensão quanto ao aspecto de conformidade”. Publicado em novembro de 1997.
![Page 67: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/67.jpg)
Recomendação IEEE
Os limites estabelecidos referem-se aos valores medidos no Ponto de Acoplamento Comum (PAC).
A filosofia é que não interessa ao sistema o que ocorre dentro de uma instalação, mas sim o que ela reflete para o exterior.
![Page 68: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/68.jpg)
Limites de distorção de tensão
Distorçãoindividual
THD
69 kV e abaixo 3% 5%
69 kV até161kV
1,5% 2,5%
Acima de161kV
1% 1,5%
![Page 69: Qualidade de Energia](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062518/56814202550346895dade20b/html5/thumbnails/69.jpg)
Electrical Power Systems Quality
Dos autores:
Roger C. Dugan
Mark F. McGranaghan
H. Wayne Beaty
Bibliografia RecomendadaBibliografia Recomendada