Qualidade de Energia

2. Ricardo Alves Gonzaga UFPR - Eng. Elétrica Medidas Elétricas Qualidade de Energia

3. Tópicos de discussão • Introdução • Variações e flutuações na tensão • Desequilíbrios de tensão • Harmônicas • Efeito das harmônicas • Limite para as harmônicas

4. 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

5. Por que a Qualidade de Energia é importante ? • Equipamentos Eletrônicos sensíveis • Aumento das cargas não lineares • Ressonância • Outros

6. 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

7. Distúrbios gerados pelo consumidor • Conversores Eletrônicos • Fornos a arco • Desequilíbrio de cargas • Partida de grandes motores • Etc

8. Variações na tensão • Transitórios • Variações de curta duração • Variações de longa duração • Interrupções • Distorções na forma de onda • "Flicker” • Variações na freqüência

9. Transitório • Um repentino distúrbio devido a uma rápida mudança nas condições da tensão e/ou corrente • Duração: 30 a 200 s

10. Causa: Impactos: Descarga Atmosférica Falha em transformadores Falha em pára-raios Danos em equipamentos do consumidor Transitório

11. Variação de Tensão de Curta Duração • Afundamento de tensão • Elevação de tensão

12. 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

13. Causas Impacto Falta local ou remota Partida de grandes motores Prejudica o funcionamento de equipamentos sensíveis Afundamento de Tensão

14. 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

15. Causa Impactos Faltas fase - terra Sobretensão nos equipamentos Danos a supressores de sobretensão Elevação de Tensão

16. Variação de Tensão de Longa Duração • Sobretensão • Subtensão

17. Sobretensão • Acréscimo maior do que 110 % do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração superior a 1 min

18. 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 Sobretensão

19. Subtensão • Decréscimo abaixo de 90 % do valor eficaz da tensão na freqüência da rede, com duração superior a 1 min

20. 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 Subtensão

21. Interrupções • Interrupção momentânea: de 0,5 até 3 segundos • Interrupção temporária: de 3 a 60 segundos • Interrupção de longa duração: acima de 1 minuto

22. Causas Impacto Faltas temporárias (exemplo: galho) Descarga atmosférica Faltas permanentes Interrupção da operação com perda de produção e lucros cessantes Interrupções

23. Distorção na Forma de Onda • Harmônicas • Onda deformada por comutação • Onda com ruído superposto

24. 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.

25. Causa Impactos Cargas não lineares Operação prejudicada de equipamentos sensíveis Falhas em capacitores ou queima do fusível Interferência na comunicação telefônica Harmônicas

26. 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.

27. Causa Impacto Operação normal de retificadores Operação prejudicada de equipamentos sensíveis Onda deformada por comutação

28. 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.

29. Causas Impactos Fontes chaveadas Solda elétrica Prejudica o funcionamento de microcomputadores, controladores lógicos programáveis, etc Onda com ruído superposto

30. Flutuação de Tensão “Flicker” É causada por carga que varia rápida e continuamente a corrente solicitada, particularmente a sua componente reativa.

31. 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 Flutuação de Tensão “Flicker”

32. Variação na Freqüência Desvio no valor nominal da freqüência fundamental do sistema elétrico.

33. 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 Variação na Freqüência

34. 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.

35. 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.

36. 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.

37. Harmônicas São distorções na forma de onda da tensão e/ou corrente, caracterizadas por sinais senoidais com freqüências múltiplas e inteiras da freqüência fundamental.

38. Harmônicas

39. Harmônicas

40. 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.

41. Distorção Harmônica Individual É a relação entre a amplitude da harmônica de ordem “h” e a correspondente grandeza (corrente ou tensão) fundamental

42. Distorção Harmônica Total É a relação entre o valor eficaz das componentes harmônicas e a correspondente grandeza (corrente ou tensão) fundamental

43. 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.

44. Conceitos - Harmônicas As harmônicas de corrente exigem um sobredimensionamento da instalação elétrica e dos transformadores, além de aumentar as perdas (efeito pelicular).

45. Conceito A componente de 3a harmônica da corrente, em sistema trifásico com neutro, pode ser muito maior do que o normal.

46. 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.

47. 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).

48. 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.

49. Efeito das Harmônicas • Motores e Geradores • Transformadores • Cabos de Alimentação • Capacitores • Equipamentos Eletrônicos • Aparelhos de medição • Fusíveis • Relés de proteção

50. 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.