E-poti: Análise e Monitoramento da Qualidade da Energia Elétrica

Prof. Dr. Mário [email protected]

Teresina, 09 de setembro de 2014.

Análise e Monitoramento da Qualidade da Energia Elétrica

2

Qualidade da Energia Elétrica

Agenda

– Apresentação– Motivação– Introdução– Fenômenos de interesse– Aspectos sobre o monitoramento– Comentários gerais

3


Apresentação

4

Escola de Engenharia de São Carlos

Apresentação

São Paulo

Bauru

Ribeirão Preto

São Carlos Piracicaba

Pirassununga

Lorena

5

EESC/SEL – Graduação e Pós

Apresentação

Excelência

(CAPES 7)

Corpo Docente:

52

Atividades de

Pesquisa

Atividades de

Formação

Corpo Discente: 150/ano

Teses e Dissertaçõ

es

Produção Intelectual

6

EESC/SEL

Apresentação

Geração Distribuída

Proteção de Sistemas

Elétricos

Qualidade da Energia

Elétrica

Planejamento da

Operação

7

8

Apresentação

USP – http://www.usp.br

EESC – http://www.eesc.usp.br

SEL – http://www.sel.eesc.usp.br

LSEE – http://lsee.sel.eesc.usp.br

9

Qualidade da Energia Elétrica Motivação

Análise e monitoramento da QEE: em que parte do SEP?

10

Qualidade da Energia Elétrica Motivação

Modelagem do SEP de interesse

11


Alimentador em 34,5 kVLinha de Subtransmissão

Carga atendida pela Linha de Subtransmissão

Motivação

Modelagem do SEP de interesse

12


Validação da modelagem: falta simulada x falta real

Grandeza ValorVA 19.620 VVB 11.550 VVC 9.140 VIA 68 AIB 2.484 AIC 2.555 A

13


Motivação

Sistema de distribuição: falha de motores em oficina mecânica

14


Sistema de distribuição: vibração de um transformador em um complexo comercial

15


Porque se preocupar com a qualidade da energia? equipamentos sensíveis; racionalização e conservação da energia elétrica; conscientização dos consumidores; integração dos processos e vida útil dos componentes e equipamentos elétricos.

Introdução

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A QEE constitui na atualidade um fator crucial para a competitividade de praticamente todos os setores industriais e dos serviços.

17


Assunto relacionado a qualquer problema manifestado na tensão, corrente ou desvio de frequência, que resulta em falha ou má operação de equipamento dos consumidores.

Falta de qualidade da energia elétrica!

18


Quanto ao nível da QE requerido, este é que possibilita uma devida operação do equipamento em determinado meio para o qual foi projetado.

Há padrão muito bem definido de medidas para a tensão, de onde se associa a QE à qualidade de tensão.

Portanto, o padrão aceito com respeito à QE é direcionado a manter o fornecimento de tensão dentro de certos limites.

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Para o consumidor residencial, o que ele tem em mente como baixa qualidade da energia elétrica é realmente a falta de energia!

Para o consumidor industrial/comercial, no entanto, se faltar energia durante meio segundo, processo industrial/comercial é interrompido e tem que ser reiniciado, o que causa grandes prejuízos financeiros!

20


O que é necessário então?

Padrões de qualidade adequados: definir a real expectativa dos consumidores.

21


O parâmetro de qualidade do setor elétrico de distribuição em

específico, é o desempenho das concessionárias no

fornecimento da energia elétrica.

PRODIST (Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no

Sistema Elétrico Nacional): qualidade do produto e qualidade do

serviço regulamentados pela ANEEL – Agência Nacional de

Energia Elétrica.

22


23


Fonte: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/indicadores_de_qualidade/pesquisaGeral.cfm

Indicadores de QEE: Região Nordeste – CEPISA

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Alguns fenômenos aleatórios ou intrínsecos que alteram e deterioram a qualidade do fornecimento da energia elétrica

Categorias

Variação de Tensão de Curta Duração – VTCD

Variação de Tensão de Longa Duração – VTLD

Transitório: impulsivo e oscilatório

Desequilíbrio de tensão

Distorção da forma de onda

Flutuação de tensão

Variação de frequência

25


Afundamento de tensão

26


Elevação de tensão

27


Desequilíbrio de tensão

28


Variação da frequência

1 2 3 4 5 6 759.7

59.8

59.9

60

60.1

60.2

Tempo (s)

Fre

qü

ênci

a (H

z)

Ref. ATPAG-FPGARelé ComercialErro (faixa 0.2%)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 459.5

60

60.5

61

61.5

62

Tempo (s)

Fre

qü

ênci

a (H

z)

Ref. ATPAG-FPGARelé ComercialErro (faixa 0.2%)


De

sca

rga

s A

tmo

sfé

rica

s

Transitório impulsivo


I0 Zs Z

I

V

Equivalente de Thèvenin para

caracterizar descargas atmosféricas.

Onde I0 é a corrente de descarga, Zs é a impedância variável entre 1000 e 3000 Ω e Z representa a impedância equivalente do circuito.

Descargas diretas: 1- descarga direta na estrutura, 2 – descarga direta no cabo guarda, 3 – descarga direta no cabo energizado.


LCC LCC

LCC LCC

H

Regime permanente (representação a esquerda) e a consideração da descarga atmosférica com ambas a extremidades da linha aterrada (representação a direita).


Modelo completo simulado da linha de transmissão via software ATP.

USG LCC

0.017 km

LCC

0.055 km

LCC

0.023 km

LCC

0.024 km

LCC

0.101 km

LCC

0.091 km

LCC

0.14 km

LCC

0.24 km

LCC

0.152 km

LCC

0.296 km

LCC

0.103 km

V LCC

0.065 km

LCC

0.255 km

LCC

0.123 km

LCC

0.167 km

LCC

0.145 km

LCC

0.09 km

LCC

0.356 km

LCC

0.07 km

LCC

0.349 km

LCC

0.184 km

LCC

0.363 km

LCC

0.151 km

LCC

0.105 km

LCC

0.088 km

LCC

0.126 km

LCC

0.239 km

LCC

0.238 km

LCC

0.221 km

LCC

0.184 km

LCC

0.11 km

LCC

0.199 km

LCC

0.208 km

LCC

0.223 km

LCC

0.06 km

LCC

0.055 km

LCC

0.149 km

LCC

0.523 km

LCC

0.32 km

LCC

0.271 km

LCC

0.145 km

LCC

0.231 km

LCC

0.132 km

LCC

0.088 km

LCC

0.093 km

LCC

0.134 km

LCC

0.413 km

LCC

0.288 km

LCC

0.056 km

LCC

0.07 km

LCC

0.057 km

LCC

0.114 km

LCC

0.035 km

SOZ

V

V

VV

V

V V V

I

ISAT

Y

2 AWG - 119m || 3 AWG - 1773m| |

2 AWG - 603m

3 AWG - 3397m|

|843m

|

2 AWG

3 AWG - 1507m|

2 AWG - 471m 3 AWG - 149m|


Sobretensões observadas próximo à Usina Salto Grande devido à aplicação de uma situação de descarga atmosférica (escala completa).

-4000000

-2000000

0

2000000

4000000

0 20 40 60 80 100

DE RIVE D>S O M A T R2A(T ype 4)

Electrotek Concepts® TOP, The Output Processor®

Vo

lta

ge

(V

)

Time (ms)

DERIVED>SOMATR2A(Type 4) DERIVED>SOMATR2B (Type 4)

DERIVED>SOMATR2C (Type 4)


Sobretensões observadas próximo à Usina Salto Grande devido à aplicação de uma situação de descarga atmosférica (escala reduzida).

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

0 10 20 30 40 50

DE RIVE D>S O M A T R2A(T ype 4)

Electrotek Concepts® TOP, The Output Processor®

Vo

lta

ge

(V

)

Time (ms)

DERIVED>SOMATR2A(Type 4) DERIVED>SOMATR2B (Type 4)

DERIVED>SOMATR2C (Type 4)


Transitório oscilatório

Ch

ave

am

en

to d

e B

Cs



Flicker observado sobre um sistema trifásico.

Flutuação de tensão

38


Flutuação de tensão oriundas da operação de um laminador

Tensão [kV]

39


Distorção harmônica

Harmônicas

Tecnicamente, um harmônico é um componente de uma onda periódica, cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental (no caso da energia elétrica, de 60 Hz).

40


Componente fundamental (f = 60 Hz)

41



+ =

42


+

=

+

43


+

=

+

+

44

Dis

torç

ão h

arm

ônic

a

+

=

+

+ +

45


Caracterização da distorção harmônica: DHT

Para quantificação do grau de distorção presente na tensão e/ou corrente, tem-se a Série de Fourier.

J1

J2

J3

J4

J5

J6

54



Conhecidos os valores de tensões e/ou correntes harmônicas presentes no sistema, utiliza-se de um procedimento para expressar o conteúdo harmônico de uma forma de onda.

Distorção Harmônica Total - DHT

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Para fins práticos, geralmente, as harmônicas de ordens elevadas (acima da 50a ordem), são desprezíveis para análises em sistemas elétricos de potência.

56


Efeitos da distorção harmônica: decomposição por Fourier

57


O que Monitorar?

Equipamento de medição de QEE

Limiares de ajuste do equipamento

Local de Monitoramento e o número de medidores

Duração do Monitoramento

Processamento e apresentação dos dados

Taxa de amostragem

Armazenamento dos dados

Relatório final

Aspectos sobre o monitoramento

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Itens que caracterizam uma rede com

problemas de QEE

Distorções na forma de onda

Harmônicas

Flutuações de tensãoVariações de

Tensão de Curta Duração

Transitórios

Variações do valor eficaz da

tensão

DesequilíbriosInterrupções

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1. Conhecer o funcionamento normal de operação do sistema;

2. Conhecer os problemas que o sistema poderá enfrentar, suas causas e consequências;

3. Saber escolher os equipamentos de medição para diagnosticar cada distúrbio;

4. Determinar o número e locais de instalação dos instrumentos de monitoração;

5. Determinar o limiar de disparo para o registro dos eventos;

6. Determinar o tempo de monitoração;

7. Estabelecer formas de armazenamento, comunicação e envio de dados;

8. Calcular índices de qualidade da energia;

9. Fornecer relatórios finais de diagnóstico do problema de forma clara e objetiva; e

10. Se possível propor soluções para o problema.

Aspectos necessários para um monitoramento eficaz:

60


Comentários finais

Importância de uma análise e diagnóstico da QEE:

Determinar: causas e consequências

Apresentar: medidas técnicas e economicamente viáveis

61


62


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Fone: 016 3373 8142

Muito obrigado pela atenção!

mailto:[email protected]

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