Qualidade de Energia Introdução Conceitos fundamentais

1. Qualidade de EnergiaIntroduçãoConceitos fundamentais Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores MEEC - Qualidade de Energia

2. Introdução • O que se entende por Qualidade de Energia Eléctrica • A Importância crescente deste tema e sua complexidade MEEC - Qualidade de Energia

3. Transformações no sector eléctrico • Liberalização do sector a nível mundial • Peso crescente das questões ambientais • Desenvolvimento de novas tecnologias de geração • Incerteza associada aos novos investimentos • Aumento da complexidade no controlo dos SEE • Alteração da natureza das cargas • Maior exigência dos processos. • Maior exigência dos clientes MEEC - Qualidade de Energia

4. O produto electricidade • Não pode ser armazenado – é produzido ao mesmo tempo que é consumido. • Consumidores diferentes têm exigências de qualidade de serviço diferentes • A qualidade pode ser afectada pelo fornecedor, pelo distribuidor ou pelo cliente • A rede de distribuição tem um forte impacto na qualidade da electricidade • São frequentes e imprevisíveis os acidentes com forte impacto na qualidade MEEC - Qualidade de Energia

5. O que é a qualidade no produto energia? • Continuidade de serviço (Fiabilidade) • Ausências de interrupções • Qualidade da onda • Amplitude constante com valor nominal • Frequência constante • Sistema de tensões equilibrado e simétrico • Formas de onda sinusoidais • Qualidade comercial • Atendimento (presencial ou telefónico) • Informação disponibilizada (Contratos, opções, serviços, reclamações, facturação, etc) • Padrões para a qualidade comercial MEEC - Qualidade de Energia

6. Alteração da natureza das cargas • Desde o início do século até 70’s • Sector em permanente expansão e Sem grandes problemas com a Qualidade de Energia • Cargas robustas e pouco poluidoras • Cargas lineares: resistivas, indutivas e capacitivas • Não Lineares: fornos a arco, transformadores … • Após década de 70 • Aparecimento do transístor (tiristor) e electrónica de potência • Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras • Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da qualidade de energia MEEC - Qualidade de Energia

7. Na perspectiva da qualidade • Desde o início do século até 70’s • Qualidade mais ou menos adequada às necessidades dos consumidores. • Após década de 70 • Qualidade passa a ser altamente crítica para as empresas com tecnologias avançadas • Maior exigência no mercado de energia, clientes com necessidades diferenciadas e muito específicas • Segmentação do mercado, cada cliente necessita de um produto específico MEEC - Qualidade de Energia

8. Alteração da natureza das cargas • As cargas actuais são baseadas em dispositivos electrónicos sensíveis • Estes elementos vieram permitir o uso mais eficiente da electricidade e o controlo mais preciso sobre os processos • Simultaneamente trouxeram perturbações muito significativas à qualidade de energia • Os novos dispositivos são um dos principais causadores de muitos dos problemas e as maiores vitimas da falta de qualidade MEEC - Qualidade de Energia

9. Alteração da natureza das cargas • O cenário de proliferação tem vindo a agravar-se continuamente, segundos estimativas recentes, em 2003 cerca de 60% de toda a energia eléctrica produzida será consumida por cargas não lineares (80% em 2010) • Em alguns sectores, como os serviços, este valor é já hoje muito próximo dos 100% MEEC - Qualidade de Energia

10. Maior exigência de qualidade • A exigência de energia eléctrica com qualidade constitui um factor importante para a competitividade e sobrevivência de muitos sectores produtivos. • Os sectores mais críticos são os das indústrias de processo contínuo, as empresas da área das tecnologias da informação. • A interligação das redes e o uso de dispositivos de rearme automático desempenham um papel importante, ao evitar os cortes de longa duração. • Os cortes de muito curta duração (micro-cortes), devido aos inúmeros fenómenos a que as linhas de T&D estão sujeitas, são muito difíceis de evitar. MEEC - Qualidade de Energia

11. Percepção das causas < Pelo consumidor Pelo distribuidor > MEEC - Qualidade de Energia

12. A Perspectiva do Distribuidor • A qualidade da energia eléctrica é factor crucial na competitividade da maior parte das actividades económicas • Intensificação da atitude pró-activa na resolução dos problemas específicos do consumidor • O número de consumidores com necessidades acrescidas tem aumentado significativamente nos últimos anos • A resolução dos problemas da energia nas instalações com elevada fiabilidade deve envolver o consumidor, o fabricante /fornecedor dos equipamentos e o distribuidor MEEC - Qualidade de Energia

13. Influência das redes de distribuição • O esforço na electrificação do país (anos 70) deixou marcas que ainda hoje dificultam uma melhor qualidade de energia • Pouca selectividade nas saídas das subestações (separação de zonas industriais das zonas urbanas, das semi-urbanas e rurais) • Saídas de média tensão demasiado extensas • Poucos pontos de telecomando • Redes de baixa tensão com comprimentos elevados • Quantidade significativa de redes nuas • Desajuste entre a localização do PT e respectivo centro de cargas MEEC - Qualidade de Energia

14. Perturbações na Qualidade de Energia MEEC - Qualidade de Energia

15. Conceitos Fundamentais • Termos • Definições • Indicadores de QE MEEC - Qualidade de Energia

16. Características da EE • A electricidade é uma forma de energia particularmente flexível e adaptável • As características mais importantes da tensão de alimentação são: • A frequência • A amplitude • A forma de onda • Contrariamente aos produtos correntes, a utilização da electricidade é um dos principais factores que influenciam a variação das suas características MEEC - Qualidade de Energia

17. Tipos de perturbações na QE • Algumas perturbações: • Oscilações da frequência; • Cavas de tensão; • Tremulação (flicker); • Desequilíbrio da tensão; • Sobretensões transitórias; • Tensões harmónicas; • Interrupções (curtas ou longas) MEEC - Qualidade de Energia

18. Perturbações na QE • Oscilações da frequência • É uma característica de difícil controlo, depende da manutenção do equilíbrio entre a produção e o consumo • Nas redes fortemente interligadas, as variações de frequência são pouco frequentes • Nas redes isoladas as variações de frequência são frequentes MEEC - Qualidade de Energia

19. Perturbações na QE • Cavas de tensão • Diminuição brusca da tensão para valores entre 90% e 1% do valor nominal. A maior parte das cavas de tensão dura menos de 1 minuto e tem uma amplitude inferior a 60% • As Causas mais frequentes são os defeitos e as manobras na rede, as anomalias nas instalações dos consumidores, a ligação/desligação de cargas importantes MEEC - Qualidade de Energia

20. Perturbações na QE • Tremulação (flicker) • Impressão de instabilidade da sensação visual provocada por flutuações da tensão • As tensões inter-harmónicas, as manobras na rede, os incidentes e as variações das cargas são alguns dos motivos MEEC - Qualidade de Energia

21. Perturbações na QE • Desequilíbrio da tensão • Quando os valores eficazes das tensões nas fases ou as desfasagens entre tensões de fases consecutivas, num sistema trifásico, não são iguais. • Origem na má distribuição das cargas numa rede de distribuição, ou quando estamos em presença de significativas cargas monofásicas. MEEC - Qualidade de Energia

22. Perturbações na QE • Tensões harmónicas • Tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental da tensão. • A deformação na forma de onda da tensão é originada pela circulação de correntes absorvidas por certos equipamentos • As cargas não lineares crescem todos os dias e já existem sectores onde a percentagem já se aproxima dos 100%. MEEC - Qualidade de Energia

23. Perturbações na QE • Sobretensões transitórias • Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração e em geral fortemente amortecida e com uma duração máxima de alguns milissegundos. • Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas, nas manobras na rede e na fusão de fusíveis MEEC - Qualidade de Energia

24. Perturbações na QE • Interrupções (curtas ou longas) • São devidas a vários factores: casos fortuitos ou de força maior, razões de interesse público, razões de serviço, razões de segurança, factos imputáveis aos consumidores, etc. MEEC - Qualidade de Energia

25. Transitório de baixa frequência MEEC - Qualidade de Energia

26. Transitório de baixa frequência MEEC - Qualidade de Energia

27. Interrupção momentânea (micro-corte) MEEC - Qualidade de Energia

28. Cava de tensão causada por CC FT MEEC - Qualidade de Energia

29. Cava de tensão causada por arranque de motor MEEC - Qualidade de Energia

30. “Sobretensão” momentânea MEEC - Qualidade de Energia

31. “Desequilibro de tensão”(Alimentador residencial) MEEC - Qualidade de Energia

32. Forma de onda da corrente e o espectro de harmónicos de um VEV MEEC - Qualidade de Energia

33. “Flicker” causado pela operação de um forno de arco MEEC - Qualidade de Energia

34. Custo das soluções reparadoras MEEC - Qualidade de Energia

35. Curvas CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturers Association) MEEC - Qualidade de Energia

36. Curvas CBEMA(Computer Business Equipment Manufacturers Association) MEEC - Qualidade de Energia

37. Curvas CBEMA MEEC - Qualidade de Energia

38. Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Produção • Disponibilidade por grupo • Indisponibilidade Não Planeada por grupo • Disparos por Grupo Gerador referidos a 7000h • Taxa de Sucesso de Arranques - grupos térmicos • Taxa de Sucesso nas Mudanças de Estado - grupo hídricos MEEC - Qualidade de Energia

39. Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Transporte • Energia não Fornecida (ENF) • Tempo de Interrupção Equivalente (TIE) • Tempo Médio de Reposição de Serviço do Sistema (SARI) • Frequência Média de Interrupção de Serviço do Sistema (SAIFI) • Duração Média das Interrupções do Sistema (SAIDI) MEEC - Qualidade de Energia

40. Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição • Alta tensão • SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de interrupções por cliente do sistema • SAIDI (horas/ano) - Duração média anual das interrupções num cliente do sistema • CAIDI (horas/interrupção) - Duração média de uma interrupção ou tempo médio de reposição do serviço MEEC - Qualidade de Energia

41. Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição • Média tensão (valores zonais) • SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de interrupções por cliente do sistema • SAIDI (horas/ano) - Duração média das interrupções num cliente do sistema • CAIDI (horas/interrupção no cliente) - Tempo médio de reposição do serviço MEEC - Qualidade de Energia

42. Continuidade de serviço Indicadores do Sistema de Distribuição • Média tensão (por centro de distribuição) • TIEMT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em média Tensão (minutos) • NIEMT - Número de Interrupções Equivalentes a partir da Potência Instalada em PT • Baixa tensão • TIEBT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em baixa Tensão (minutos) MEEC - Qualidade de Energia