Qualidade da Energia Eléctrica
Experiência EDP como
operador da rede distribuição
Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica
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Manual da Qualidade da Energia EléctricaManual da Qualidade da Energia Eléctrica
• Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE)
• Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras)
• Alertar os Clientes para a escolha das melhores práticas de projecto e para a definição de requisitos nos novos equipamentos
• Envolver todos os “Stakeholders” na minimização/resolução das eventuais incompatibilidades entre as características das redes eléctricas e as exigências de alguns equipamentos
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Normas e regulamentos
ClienteCliente
Fabricante Fabricante EquipamentosEquipamentos
Operador Operador RedeRede
QualidadeQualidadedede
EnergiaEnergiaEspecificações
Equipamentos compatíveis
Energia eléctrica de acordo com o RQS
Comunicação de necessidades
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Custo das soluções de QEE em função do ponto de intervenção• 1 – Equipamento crítico
• 2 – Processo
• 3 – Instalação
• 4 – Rede de distribuição
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IntroduçãoIntrodução
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IntroduçãoIntrodução
• A QEE apresenta-se como factor de competitividade para a generalidade das actividades económicas
• Constante renovação tecnológica Aumento do n.º Clientes com necessidades acrescidas de QEE
• As redes de Transporte e Distribuição (T&D) podem apresentar índices de fiabilidade bastante elevados – Ordem dos 4 nove (99.99% -- 52.5min/ano de indisponibilidade)
• Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves (99.9999% -- 31.5s/ano de indisponibilidade) Impossível de atingir com os sistemas de T&D convencionais
• Compromisso QEE/imunidade do equipamento Cooperação entre operadores das redes de T&D, Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamento
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IntroduçãoIntrodução
Susceptibilidade a Interrupções Longas
Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”)
Susceptibilidade aPerturbações de QEE
Elevada dependência tecnológica
Investimento em soluções de imunização
Operadores das redes de T&D
ClienteCliente
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IntroduçãoIntrodução
Principais perturbações de QEE• Variações temporárias de tensão
• Sobretensões
• Abaixamentos de tensão
• Cavas de tensão
• Flutuações tensão Flicker
• Distorção harmónica
• Sobretensões transitórias
• Desequilíbrio de tensões
• Variações de frequência
• Interrupções breves ( 3min)
• Interrupções longas (>3min)
Tensão
1 min Duração3 min
100 %
110 %
1 %
Cavasde
tensão
Transitórios
Flutuações de tensão
Flutuações de tensão
Interrupções breves Interrupções longas
Abaixamentos de tensão
Sobretensões
10 ms
90 %
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
Classificação das interrupções de alimentação• Interrupções previstas – Execução de trabalhos programados, no
âmbito de acções de manutenção, com aviso prévio dos Clientes
• Interrupções acidentais – Consequência de defeitos transitórios ou permanentes: breves (3min); longas (>3min)
Evolução do indicador TIEPI MT• Tempo de Interrupção Equivalente da Potência Instalada em MT
Total
n
ierrupçãoii
P
tPTIEPI
1
int
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão
• Optimização das topologias de exploração da rede
• Implementação de circuitos redundantes e exploração em malha
fechada
• Expansão das redes AT e MT e aumento da potência instalada
• Automatização e telecomando da rede MT
• Reforço das estratégias de manutenção preventiva e preditiva
• Implementação de sistemas de informação técnica e de
monitorização QEE
• Aposta em novos materiais e tecnologias de rede (Ex. condutores
cobertos em linhas aéreas MT, reguladores automáticos BT, etc.)
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Entrada em exploração de novas subestações
• Telecomando da rede MT
SE Orgens
SE ChegançasTelecomando Rede MT – Região Norte
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Continuidade de tensãoContinuidade de tensão
Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas
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Cavas de tensãoCavas de tensão
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Cavas de tensãoCavas de tensão
Definição baseada na norma NP EN 50160• “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado
entre 90% e 1% da tensão declarada UC, seguida do restabelecimento da tensão depois de um curto lapso de tempo”
Valores indicativos• N.º cavas de tensão pode variar das dezenas a um milhar por ano
• Normalmente: Duração < 1 segundo; Amplitude < 60%
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Origem das cavas de tensão em redes de T&D
AT
MT
Saída N
Saída 1
t1
U1
Un
tI1
In
tU2Un
t0t
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito permanente
U1
Un
tI1
In
tU2
Un
t0t1 t
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito transitório
Cavas de tensãoCavas de tensão
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AT
MT
Saída N
Saída 1
t1 t2
U1
Un
tI1
In
tU2Un
t0t
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito permanente
U1
Un
tI1
In
tU2
Un
t0t1 tt2
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito transitório
Cavas de tensãoCavas de tensão
Origem das cavas de tensão em redes de T&D
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Origem das cavas de tensão em redes de T&D
t1 t2 t3 t4 t5
U1
Un
tI1
In
tU2Un
t0t
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito permanente
AT
MT
Saída N
Saída 1
AT
MT
Saída NSaída 1
U1
Un
tI1
In
tU2
Un
t0t1 tt2
Cliente alimentado pela saída N
Caso de um defeito transitório
Cavas de tensãoCavas de tensão
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Cavas de tensãoCavas de tensão
A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada
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Fonte: Copper Development Association
Cavas de tensãoCavas de tensão
Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D
• Defeito em F1 – é expectável• Carga 1 – Interrupção de tensão
• Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50%
• Defeito em F3 – é expectável• Carga 3 – Interrupção de tensão
• Carga 2 – Cavas de tensão até 36%
• Carga 1 – Cavas de tensão até 2%
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Cavas de tensãoCavas de tensão
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Cavas de tensãoCavas de tensão
Amplitude: 32% Duração: 95ms
Amplitude: 12% Duração: 42ms
Amplitude: 14% Duração: 60ms
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Cavas de tensãoCavas de tensão
• Consequências das cavas de tensão• Cava de tensão de reduzida severidade (amplitude 14%; duração
60ms) Perturbação de funcionamento de 2 Máq. Electroerosão CNC Perdas significativas para o Cliente
Gráfico da incidência de cavas de tensão por instalação/ano em função da amplitude e duração – Estudo efectuado pelo EPRI (Electric Power Research Institute) ao longo de 9 anos, tendo em consideração 480 locais nos EUA
SÓ DEVIDO A CAVAS DE TENSÃODe acordo com este estudo é de esperar que estas máq. CNC sejam sujeitas entre 84 a 114 interrupções por ano
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Cavas de tensãoCavas de tensão
Mitigação de cavas de tensão• Vários estudos têm demonstrado que a severidade das cavas de
tensão, com origem em defeitos nos sistemas de T&D é superior à tolerância dos equipamentos indicada pelas curvas CBEMA ou ITIC
• Seria desejável que os equipamentos electrónicos apresentassem níveis de imunidade superiores aos propostos por estas curvas
DC – Curva característica das cavas de tensão com origem na rede distribuiçãoITIC – Curva ITICRT – Imunidade exigida
Fonte: Copper Development Association
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Cavas de tensãoCavas de tensão
Mitigação de cavas de tensão• Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa
subestação da EDP durante o 1º Trim. 2007 (06Jan – 31Mar)
Eventos no BUS MT (15kV) Eventos no BUS AT (60kV)
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SobretensõesSobretensões
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Duração Frequência (ou taxa de crescimento)
Amortecimento com a distância
Descargas atmosféricas Muito curta (s) Muito alta ( até 1.000 kV/s) Forte Descargas electrostáticas
Muito curta (ns) Alta (10MHz) Muito forte
Comutação Curta (ms) Média (1 a 200 kHz) Médio Sobretensões temporárias à frequência do sistema
Longa (s) ou Muito longa (h)
50 Hz Não existe
SobretensõesSobretensões
Classificação de sobretensões• Baixa frequência – Quando ocorrem à frequência do sistema (50Hz)
• Alta frequência – Apresentam frequências muito superiores a 50Hz
Sobretensões transitórias• Variações extremamente rápidas da tensão, com durações tipicamente
compreendidas entre os micro e os mili-segundos
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SobretensõesSobretensões
Origem das sobretensões• Descargas atmosféricas
• A circulação através do solo da corrente de descarga pode provocar uma elevação do potencial de terra
Sobretensão resultante da elevação do potencial de terra [Séraudie, 1999]
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Oscilações de frequênciaOscilações de frequência
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Oscilações de frequênciaOscilações de frequência
A estabilidade da frequência é garantida pelo equilíbrio entre a absorção e a geração de potência activa nos sistemas eléctricos
• Em Portugal continental não são de esperar oscilações de frequência significativas dada a interligação das redes a nível Europeu
Raramente verificam-se defeitos nas redes de interligação Europeias – Oscilações de frequência que podem conduzir ao deslastre de várias subestações nos diferentes países, ou mesmo, levar ao colapso global do sistema eléctrico
• Caso recente: Perturbação de 4Nov2006, pelas 21:10, causada pela desligação da linha dupla 380kV Conneforde-Diele, na Alemanha (rede de transporte da E.ON), para passagem de um navio no rio Ems para o Mar do Norte
• Por dificuldade de controlo do fluxo de potência, verificou-se a divisão da rede Europeia em 3 ilhas, com consequências bastante significativas para todo o sistema eléctrico Europeu e para o Português em particular
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Oscilações de frequênciaOscilações de frequência
SE Vila do Bispo
SE Alto S. João
SE Touvedo
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Desequilíbrio de tensõesDesequilíbrio de tensões
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Desequilíbrio de tensõesDesequilíbrio de tensões
Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º
Sistema eléctrico equilibrado Sistema eléctrico desequilibrado
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Desequilíbrio de tensõesDesequilíbrio de tensões
Consequências do desequilíbrio de tensões• Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função
do desequilíbrio do sistema de tensões
Mitigação do desequilíbrio de tensões• Redistribuição de cargas
• Aumento da potência de curto-circuito
• Utilização de transformadores com ligações especiais
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
Deformação das sinusoides da tensão ou da corrente• Desenvolvimento em séries de Fourier Decomposição das formas de
onda distorcidas num somatório de sinusoides com frequências múltiplas da componente fundamenta (50Hz)
Classificação das harmónicas quanto à ordem e sequência
Ordem Fundamental 2.º 3.º 4.º 5.º 6.º 7.º 8.º ... n.º Frequência (Hz)
50 100 150 200 250 300 350 400 ... n50
Sequência + – 0 + – 0 + – ... ...
Fonte: PSL – Power Standards Lab
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
Origem da distorção harmónica• Cargas não-lineares – Apresentam impedância variável em função da
tensão de alimentação A corrente absorvida não é proporcional à tensão, assumindo formas de onda não sinusoidais
• Fontes de alimentação electrónicas
• Lâmpadas de descarga
• Transformadores em regime de saturação
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
Origem da distorção harmónica• Rectificadores estáticos
• Variadores electrónicos de velocidade
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
Origem da distorção harmónica• Fontes de alimentação comutadas
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Distorção harmónicaDistorção harmónica
Consequências da distorção harmónica• Ressonância em baterias de condensadores
THD BUS 15kV c/ BC ressonância
5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância5ª harmónica BUS 15kV típico
THD BUS 15kV típico
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Experiência EDPExperiência EDP
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Experiência EDPExperiência EDP
EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE(Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT + 124 Bus BT Aprox. 500.000
horas monitorização)
• Análise da QEE ao nível da rede de distribuição• Identificação precisa das causas das perturbações de tensão
• Apoio à implementação de esquemas alternativos de exploração Minimização da incidência/severidade de perturbações de tensão
• Identificação de infra-estruturas críticas Suporte a algumas acções de manutenção
• Identificação de Cliente potencialmente “poluidores”
• Suporte à pesquisa, desenvolvimento e implementação de soluções de QEE ao nível da rede de distribuição
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Experiência EDPExperiência EDP
EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE
• Caracterização das necessidades de QEE dos Clientes• Apoio à identificação de sectores/equipamentos críticos nas instalações
• Análise do comportamento desses equipamentos
• Suporte à implementação de soluções para Clientes e PRE• Adopção de técnicas de imunização dos equipamentos críticos
• Pesquisa de soluções caso-a-caso, quando necessário
• Apoio na optimização da ligação de sistemas de geração à rede
• Fornecimento de informação às entidades reguladoras
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Experiência EDPExperiência EDP
Metodologia de trabalho• 1ª Fase – Análise preliminar das instalações de Clientes ou PRE
potencialmente sensíveis a perturbações de QEE
• 2ª Fase – Monitorização da tensão ao nível de SE ou PTD de acordo com um plano previamente estabelecido
• 3ª Fase – Análise causa/efeito – Registos de monitorização face às perturbações reportadas pelos Clientes ou PRE
• 4ª Fase – Apresentação de conclusões e/ou recomendações• EDP Exploração e manutenção da rede
• Clientes Equipamentos que sofreram perturbações
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Curto-circuito numa saída MT do Barramento II
Barramento I Barramento II
Experiência EDP – Melhoria de rede 1 Experiência EDP – Melhoria de rede 1
MT 2
AT
TP 1 TP 2
MT 1
Defeito
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Defeito numa linha MT do Barramento II• Curto-circuito num PS de Cliente Disparo com religação do
disjuntor da linha MT
• PS com humidade elevada e ruído característico de contornamentos
Experiência EDP – Melhoria de rede 1Experiência EDP – Melhoria de rede 1
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Curto-circuito numa saída MT do Barramento II
Barramento I Barramento II
Experiência EDP – Melhoria de rede 1Experiência EDP – Melhoria de rede 1
MT 2
AT
TP 1 TP 2
MT 1
Defeito
Amplitude: 51%Amplitude: 14%
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Experiência EDP – Melhoria de rede 1Experiência EDP – Melhoria de rede 1
• Clientes AT Cavas de tensão, de origem MT, com amplitudes inferiores
• Clientes alimentados pelo BUS MT, independente, não sujeito a defeito Cavas de tensão com amplitudes muito inferiores
MT 2
AT
TP 1 TP 2
MT 1
Defeito
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Experiência EDP – Melhoria de rede 2Experiência EDP – Melhoria de rede 2
QEE fornecida a uma indústria automóvel
• Estudos internacionais têm mostrado que as grande unidades industriais são tipicamente sujeitas entre 8 a 24 eventos QEE Interrupção de produção
• Durante o ano 2005 – Este Cliente reportou 16 interrupções de produção com origem nas seguintes perturbações de QEE
• 75% causadas por cavas de tensão
• 19% causadas por interrupções breves
0
2
4
6
8
10
12
14
Overvoltages Long interruptions(t>3min)
Short interruptions(t<3min)
Voltage dips
Main voltage disturbances
Nº
of
even
ts
Cava de tensãoAmplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos)
Causou uma perturbação de produção
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Experiência EDP – Melhoria de rede 2Experiência EDP – Melhoria de rede 2
Neste caso, as principais causas das perturbações de QEE• Interferência de cegonhas em linhas aéreas AT
• Contactos acidentais de gruas em linhas aéreas, por terceiros
• Descargas atmosféricas
• Perturbações de tensão com origem na rede MAT
• Defeitos na rede MT
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Sub A
Sub B
Rede AT crítica
Experiência EDP – Melhoria de rede 2Experiência EDP – Melhoria de rede 2
Acções de melhoria desenvolvidas pela EDP• Monitorização permanente da QEE em AT e MT Apoio à decisão
• Deslocalização da linha MT com maior incidência de defeitos
• Optimização da configuração da rede AT face à sensibilidade do Cliente• Cavas amplitude 53% para durações < 500ms
• Cavas amplitude 24% para durações > 500ms
Rede AT – Malha fechada Rede AT – Configuração radial
60 kV 68 km 41 km
30 kV 4,3 km * 4,3 km *
15 kV 21,5 km 23,2 km
MT 2 (30kV)
AT
TP 1 TP 2
MT 1 (30kV)
MT 3 (15kV)
Sub C
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Experiência EDP – Soluções para ClienteExperiência EDP – Soluções para Cliente
Soluções ao nível do equipamento crítico• Seleccionar equipamento com imunidade
• Configurar rigorosamente os sistemas de protecção• Garantir o compromisso segurança/disponibilidade
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Experiência EDP – Soluções para ClienteExperiência EDP – Soluções para Cliente
Soluções ao nível do equipamento crítico• Explorar todas as funcionalidades do equipamento
• Exemplo – Activação da função de controlo de subtensão em VEV (aproveitamento da energia cinética na presença de cavas de tensão)
VEV ABB ACS600 400kW Ventilador 3.000 rpm
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Experiência EDP – Soluções para ClienteExperiência EDP – Soluções para Cliente
Ten
são
AC
nor
mal
Tensã
o AC n
orm
al
100%
Ponto de disparo
t1 tt2 t3
t1 – t3: Cava de Tensão t2 – t3: Aproveitamento Energia Cinética Ventilador
Tensão DC (VEV)
Velocidade (Motor)
Tensão AC (rede)
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Experiência EDP – Soluções para ClienteExperiência EDP – Soluções para Cliente
Soluções ao nível do processo/instalação
Cavas de Tensão
Interrupções
Variações de Frequência
Sobretensões Transitórios
Soluções Soluções dede
elevada QEEelevada QEE
UPS
DVR
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Experiência EDPExperiência EDP
Plataforma de monitorização da QEE• Monitorização remota de SE, PTD e PTC
• Recolha periódica e automática dos dados de QEE
• Armazenamento e gestão centralizada dos dados de QEE
• Elaboração automática de relatórios
• Disponibilização da informação de QEE• Vários Departamentos EDP Apoio à rede distribuição
• Clientes
• Optimização da exploração das instalações/equipamentos
• Apoio na fase de planeamento de novas unidades industriais
• Entidade Reguladora
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Experiência EDPExperiência EDP
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Experiência EDPExperiência EDP
Subestações com monitorização permanente
Subestações em monitorização – 2º Trim. 2007
Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007
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FinalFinal
Obrigado pela atenção
Contactos:
António Amorim ([email protected])
Nuno Melo ([email protected])
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