Qualidade energia engenharia manutenção industrial

Qualidade de energia elétrica

Considerações Iniciais

Porque medir a QEE?

Os equipamentos hoje utilizados são mais sensíveis as

variações na QEE

Interesse pela racionalização da energia elétrica e na

otimização de processos

Maior conscientização dos consumidores em relação aos

fenômenos ligados QEE

Integração dos processos

Custos da má QEE

US$ 26 bilhões por ano em danos

e atitudes preventivas (Business

Week, 8 de abril de 1991 )

Paradas no processo

1 minuto pode ocasionar

prejuízos de até US$ 500 mil

(http://www.engecomp.com.br)

EUA: US$ 15 bi/ano (relatório do

EPRI de julho/01 Eletricidade

Moderna, Ago/2001)

BRASIL: US$ 2 a 3 bi/ano

(Policarpo, 2005)http://irecusa.org/articles/static/1/inaries/Thornton\%2020ASES\ %202003-Version\%202.pdf

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

US

$

Cargas Eletrônicas - Crescimento

1960 1970 1980 1990 20000

50

100

150

200

Ano

Po

tên

cia

(G

W) Concessionária

Cargas Eletrônicas

http://www.engecomp.com.br

1.400 instalações de oito países Cintilação (flicker)

Danificação de Equipamentos

Equipamentos de Processamento de Dados

Sobreaquecimento dos Sistema de Correção do Fator de Potência

Problemas de chaveamento de Cargas Pesadas

Problemas com Linhas Longas

Sobreaquecimento do condutor Neutro

Disparos Intempestivos

Reclamações da Medição da Concessionária

Eletricidade Moderna, Jan/2004

0% 5% 10% 15% 20% 25%

RMC

DI

SN

PLL

PCP

SSCFP

EPD

DE

C

Percentual de Problema

Tip

o d

e P

role

ma

Efeitos da Natureza

Concessionária

Consumidor

91% dos cortes de energia elétrica (Estados Unidos) tem

duração inferior a 2 s

85% duração inferior a 200 ms

Causadores dos Distúrbios

Qualidade de Energia Elétrica

QEE

Qualidade do Serviço Qualidade do Produto

Qualidade do Produto

Variações Transitórias da Tensão

Variações Curtas de Tensão

Variações Longas de Tensão

Desequilíbrio de Tensão

Distorção da Forma de Onda da Tensão

Flutuação de Tensão

Variações Momentâneas de Freqüência

IEEE1159

Variações Transitórias de Tensão

Impulsivos ( 50ns ~ 1ms)

5 ns de ascensão

1 ms de ascensão

0,1 ms ascensão

Oscilatórios (0,3ms ~ 50ms)

< 5kHz

5 ~ 500 kHz

0,5 ~ 5 MHz

0 25 50 75 100 125 150-25

-20

-15

-10

-5

0

t( s)

I (k

A)

0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065

-300

-200

-100

0

100

200

300

t (s)

V (

V)

somente transitório

tensão do PAC

Variações Curtas de Tensão

Instantâneas (0,5 ~ 30ciclos) < 0,1pu

0,1 ~ 0,9pu

1,1 ~ 1,8pu

Momentâneas (30 ciclos ~ 3s) < 0,1pu

0,1 ~ 0,9pu

1,1 ~ 1,4pu

Temporárias (3s ~ 1min) < 0,1pu

0,1 ~ 0,9pu

1,1 ~ 1,2pu;

0 0.05 0.1 0.15-600

-400

-200

0

200

400

X: 0.0542

Y: 404.4

X: 0.004204

Y: 311.1

X: 0.08739

Y: 217.6

t (s)v (

V)

X: 0.1375

Y: 311.1

Sag

Swell

Variações Longas de Tensão

Interrupção

> 1min

< 0,1pu

Subtensão

> 1min

0,8 ~ 0,9pu

Sobretensão

> 1min

1,1 ~ 1,2pu;

0 1 2 3 40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

t (min)

Tensao (

%)

0 5 10 15 20

-300

-200

-100

0

100

200

300

t (ms)

Tensã

o (

V)

va

vb

vc

0 5 10 15 20250

300

350

t (ms)

Tensã

o (

V)

va

vb

vc

Desequilíbrios de Tensão

0,5 ~ 2%

Distorção da Forma de Onda

Nível CC 0 ~ 0,1%

Harmônicos 0 ~ 20%

Inter-harmônicos 0 ~ 2%

Recortes

Ruídos 0 ~ 1%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-400

-200

0

200

400

70 75 80 85 90 95 100-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Tempo (ms)

Te

nsã

o (

V)

entalheentalhe

entalhe

entalhe

Distorção da Forma de Onda [cont.]

0 20 40 60 80 100-500

-250

0

250

500

Tempo (ms)

Te

nsã

o(V

)

0 100 200 300 400 500 600 7000

100

200

300X: 60

Y: 311

X: 180

Y: 62.05

X: 420

Y: 61.97

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o(V

)

0 50 100 150-200

-100

0

100

200

t (ms)

% V

pic

o

0 100 200 300 400 500 6000

50

100X: 60

Y: 100.2

X: 420

Y: 9.85

X: 198

Y: 30.07

f (Hz)%

Vpic

o

X: 330

Y: 34.92

Flutuação de Tensão

0 0.1 0.2 0.3 0.4-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400 X: 0.2033

Y: 326.4

X: 0.1227

Y: 295.6

X: 0.2968

Y: -326.4

X: 0.2106

Y: -295.6

Tempo (s)

Te

nsã

o (

V)

0,1 ~ 7%6 ~ 8Hz

Variações na Freqüência

Desequilíbrio entre a geração e a demanda

Faltas no Sistema

Entrada ou Saída

de um grande

bloco de carga

0 20 40 60 80 100-50

0

50Tensões e Corrente de Entrada

V(V

); I(A

)

t(ms)

0 20 40 60 80 1000

10

20Tensões e Corrente de Saída

V(V

); I(A

)

t(ms)

ientrada

ventrada

ieficaz

veficaz

isaída

vsaída

ieficaz

veficaz

Fator de PotênciaEntrada:Vpico = 17.0 VVrms = 12.0 VIpico = 45.1 AIrms = 26.6 A

Saida:Vp = 15.4 VVef = 13.4 VIp =7.7 AIef = 6.7 A

0 20 40 60 80 100-500

0

500

1000Potências de Entrada

P(W

); S

(VA

)

t(ms)

0 20 40 60 80 1000

50

100

150Potências de Saída

P(W

); S

(VA

)

t(ms)

psaída

pmédia

peficaz

pentrada

pmédia

peficaz

Fator de Potência [cont.]

Entrada:S = 177.3 VAP = 102 WFP = 0.575

Saida:S = 90.5 VAP = 90.5 WFP = 1

40 50 60 70 80 90 100-40

-20

0

20

40

t (ms)

V (

V),

I (

A)

Corrente (A)

Tensão (V)

Fator de Distorção

2 2 2

2 3 4

1

...V

V V VTHD

V

2

1

1V

V

FDistTHD

2 2 2

2 3 4

1

...I

I I ITHD

I

2

1

1I

I

FDistTHD

66 68 70 72 74 765

10

15

20

25

30

35

t (ms)

V (

V),

I (

A)

FDesl, FDist e FP

Fator de Deslocamento Fator de Distorção

X

I VFP FDesl FDist FDist

Estratégia de medição da QEE

Análise Ciclo

a Ciclo

Análise por

Período

Banco de Dados

de Entrada

Blocos Lógicos

BDE

AC FFT

AT NT_T

VE

NT

AGC FFT_GC NT_Dist

DHT > 5 %

NR <= 4

Análise por

Grupo de

Ciclos

NT_VE

NT_Freq

Análise

Ciclo a

Ciclo

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Percentual de Distorção

No

ta

Nota DHTV

Nota DHIV

Cálculo das Notas

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

No

taDesvio do Valor Eficaz (pu)

limite limite

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

t(s)

V(p

u)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

t(s)V

(pu)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

t(s)

V(p

u)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

t(s)

V(p

u)

Simulação MatLab

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

Avaliação por Grupo

Grupo 1

Grupo 2

Sem Problemas 10

0.1 0.2 0.3 0.4-2

-1

0

1

2

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 50 100 1500

0.25

0.5

0.75

1

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

0.38 0.39 0.4 0.41

-1

0

1

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 50 100 1500

0.25

0.5

0.75

1

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

20 40 60 80 100 120

-1

0

1

ponto (1..128)T

en

sã

o (

pu

)

0 10 20 30 40 500

0.5

1

1.5

Ordem Harmônico (1..50)

Te

nsã

o (

pu

)

Dist = 22% 2,1

Sub = -90% 0,4

Sob = 30% 3,4

Avaliação por Grupo [cont.]

Grupo 3

Grupo 4

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-2

-1

0

1

2

Tempo (s)T

en

sã

o (

pu

)

0 100 200 300 400 500 6000

0.5

1

1.5

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

30% 20%

DHI = 30% 0,3

DHT = 36% 0,8

f = 59Hz 4,9

0 0.01 0.02 0.03 0.04-1

-0.5

0

0.5

11

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 50 100 150 200 250 3000

0.5

1

1.5

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

1 2 3 40

2

4

6

8

10

X: 2

Y: 0.3894X: 3

Y: 0.2825

X: 1

Y: 10

X: 4

Y: 4.9

X: 2

Y: 3.893

Grupo

No

ta

Nota do Grupo

Média

Grupo 1 – Simulação

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

Máquina de Papel

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1.5

-1-0.5

00.5

11.5

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 100 200 300 400 500 6000

0.25

0.5

0.75

1

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

fund 61 Hz

3% 56~66 Hz

DHT=8,1%

DHI=2,4%

SCA04-WEG

220-15%~230+10%187~253V

48~62Hz

u/u=3%

Oscilografia Concessionária

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25-2

-1

0

1

2

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 50 100 150 2000

0.25

0.5

0.75

1

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

Laboratório EPO – UNOESC

2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19

-1

0

1

Tempo (s)

Te

nsã

o (

pu

)

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Freqüência (Hz)

Te

nsã

o (

pu

)

Trafo 500 kVA a 50%

Sob = 4,5% 8,5

DHI = 2,6% 7,3

1,045

0,02