Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

1. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Qualidade da Energia Ewaldo Luiz de Mattos Mehl Universidade Federal do Paraná Departamento de Engenharia Elétrica Centro Politécnico, Curitiba, Paraná E-mail: mehl@eletrica.ufpr.br

2. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Vista noturna da Terra a partir de imagens de satélite

3. Qualidade da Energia • Situação até 1970: • Cargas Resistivas ou Resistivas-Indutivas • Situação Atual • Presença crescente de cargas eletrônicas

4. Qualidade da Energia • Continuidade de Fornecimento • Nível de Tensão • Oscilação da Tensão • Impulsos • Transitórios • Desequilíbrio de Fases • Distorção da Oscilação Senoidal

5. Qualidade da Energia • Cintilação ou Flicker Curva de Sensibilidade do Olho Humano Variação de Tensão de um Forno a Arco

6. Qualidade da Energia • Cunha de Tensão ou Voltage Notch

7. Qualidade da Energia • Desequilíbrio de Tensão ou Voltage Imbalance • Assimetria da Rede • Tipo de Carga Perdas nos motores de indução por desequilíbrio de tensão.

8. > 2s Sobretensão ou Overvoltage < 2s Voltage Swell s / ms Surtos ou Spikes Qualidade da Energia • Elevação de Tensão

9. > 2s Subtensão ou Undervoltage < 2s Voltage Sag Qualidade da Energia • Afundamento (redução) de Tensão

10. Qualidade da Energia • Interferência Eletromagnética- EMI-EMC • Irradiada: EMI • Conduzida: EMC

11. Qualidade da Energia • Harmônicos e Interharmônicos

12. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: Interrupções Duração de Interrupção por Unidade Consumidora (horas) i = número de interrupções, de 1 a n T(i) = tempo de duração de cada interrupção do conjunto de consumidores considerados, em horas Ca(i) = número de consumidores do conjunto considerado, atingido nas interrupções Cs = número total de consumidores do conjunto considerado

13. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: Interrupções Freqüência de Interrupção por Unidade Consumidora (número) i = número de interrupções, de 1 a n Ca(i) = número de consumidores do conjunto considerado, atingido nas interrupções Cs = número total de consumidores do conjunto considerado

14. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: Interrupções Fonte: ANEEL, 2004

15. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: Interrupções Fonte: ANEEL, 2004

16. Fonte: ANEEL, 2004

17. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: DEC ANEEL - Médias de Julho 2001

18. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: DEC ANEEL - Médias Brasileiras

19. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: DEC COPEL - Médias de 2001

20. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: COPEL - Médias Anuaia

21. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: FEC ANEEL - Médias de Julho 2001

22. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: FEC ANEEL - Médias Brasileiras

23. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: FEC COPEL - Médias de 2001

24. Qualidade da Energia • Índices de Qualidade: Médias da COPEL/2001

25. Qualidade da Energia • Obtenção dos Índices de Qualidade SISTEMA ARGOS (Sistema de Monitoração de Interrupção do Fornecimento de Energia Elétrica) Tecnologia LACTEC www.lactec.org.br ANEEL www.aneel.gov.br argos.aneel.gov.br

27. Qualidade da Energia

28. Qualidade da Energia NÃO É SÓ GARANTIR A AUSÊNCIA DE INTERRUPÇÕES

29. Normas e Regulamentações • Brasil: GCOI-ELETROBRÁS: • Fator de Potência > 0,92 • Harmônicos: Cargas Especiais (?) Cargas Lineares: Cargas Não-lineares:

30. Normas e Regulamentações • USA: IEEE Standard 519 (1992): • Limites de Distorção e Harmônicos no Ponto de Acoplamento Comum Consumidor/Rede Guide Recomended Practice Standard • Limites das Componentes Harmônicas:na Corrente de Entrada dos Consumidores. • Limites: em porcentagem da fundamental. • Isc = corrente de curto-circuito • IL= média das correntes de demanda máxima (12 meses) • TDD = Taxa de Distorção Harmônica, em porcentagem da máxima corrente de demanda da instalação

31. Normas e Regulamentações • IEC (International Electrotechnical Commission): EN50006 IEC555 IEC555-2 IEC555-4 (CENELEC) IEC 61000-3 IEC 61000-3 • IEC 61000-3-2: Harmônicos de Corrente • IEC 61000-3-3: Flutuações e flicker 16A • IEC 61000-3-4: Flutuações e flicker> 16A

32. Normas e Regulamentações EN50006 IEC555 IEC555-2 IEC555-4 (CENELEC) IEC 61000-3 Exemplo: IEC555-2 (1990) - Valores-limites para as componentes harmônicas da corrente de entrada. - Limites relativos (mA/W) e absolutos (A). - Equipamentos alimentados em 230 V. 200W a 300W >300W

33. (Tensão Senoidal) x(Corrente Não-Senoidal) v i a a1 i a F 1 • Fator de Deslocamento • TDH • Fator de Potência

34. Problemas Causados pela Presença de Harmônicos Problemas diretos - Perdas de potência no alimentador e transformadores - Distorção de tensão - Baixo aproveitamento dos circuitos de alimentação - Limitação de geração de potência - Amplificação harmônica - Erros em medições - Interferências em sistemas de comunicação e controle Problemas indiretos (conseqüências) - Circulação de correntes harmônicas - Perturbação em estruturas de controle

35. Retificador Monofásico • Simples • Amplamente Utilizado • fp < 0,7 C i A 1 C V R f G A ~ v 1 i 1 v 1 Exemplo: Potência Aparente: 1,5 kVA Potência Ativa: 1050 W I 1n Hz 10 50 100 1000

36. Retificador Monofásico • Alternativas: • Filtros Passivos: • Redução do conteúdo harmônico • Fator de Potência < 0,9 • Peso e Volume elevados • Métodos Ativos: Pré-Reguladores de Fator de Potência • Conversor CC-CC na entrada • Fator de Potência = 1 i i I 1r o o CONVERSOR C i CC-CC 1 A R C v o o G A

37. Retificador Monofásico com Correção de fp

38. Retificador Trifásico • FP teórico: 0,955 • FP real < 0,85 • THD > 30% • Não há geração de 3a Harmônica

39. Retificador Trifásico • Alternativas: • Filtros Passivos: • Filtros passivos sintonizados nas freqüências das harmônicas • Redução do conteúdo harmônico • Peso e Volume elevados • Risco de Amplificação Harmônica • Métodos Ativos: • Interruptores de Alta Freqüência • Dissipação elevada Reduz a eficiência • Fator de Potência = 0,99 • Interruptores de Baixa Freqüência • Simplicidade de Comando • Fator de Potência = 0,99

40. Retificador Trifásico com Filtro Indutivo Vi = 220 V P = 9,6 kW La = Lb = Lc = 1,9 mH TDH = 20,75% j1= 22,62° FP = 0,904 “FP” = 0,915

41. Retificador Trifásico com Filtros Passivos • Filtros passivos sintonizados nas freqüências das harmônicas • Redução do conteúdo harmônico • Peso e Volume elevados • Risco de Amplificação Harmônica

42. Retificador Trifásico com Interruptor PWM • Várias Possibilidades de Implementação: Cuk, SEPIC, etc. • 5.a harmônica • Corrente de Alta Freqüência: Indutores e Diodos • Filtros Adicionais para Alta Freqüência • Dissipação elevada reduz a eficiência • Fator de Potência = 0,99

43. Proposta de um Novo Retificador Trifásico com Interruptores de Baixa Freqüência Sa, Sb, Sc: Interruptores Bidirecionais La, Lb, Lc: Indutores D1 . . . D6: Diodos Retificadores Ca, Cb: Capacitores Eletrolíticos Da . . .Dd: Diodos Retificadores M: MOSFET

44. Origem da Proposta:Retificador Trifásico com Indutores na Entrada

45. Um Novo Retificador Trifásico

46. Características do Novo Circuito • Não há ligação com o Neutro • Indutores na Entrada: Robustez • Interruptores comandados em baixa freqüência • Baixo Custo • Elevado Fator de Potência

47. Tipos de Pulsos de Controle “iniciado em zero” “terminado em 30o”

48. Construção doProtótipo Alimentação Vi(f-f)= 220V, 60 Hz Indutores La=Lb=Lc=4.25 mH Potência de Saída 7.3 kW

49. Resultados Experimentais Vo = 291.5 V Po = 7.35 kW Tensão Fase-Neutro Corrente de Entrada Escalas: Tensão = 50 V/div; Corrente = 10 A/div; Tempo = 5ms/div

50. Resultados Experimentais • TDH=6,6% • Fator de Potência = 0,9964 • Conformidade com IEC555-2 • Conformidade com IEC555-4 • IEEE519: Conformidade para Isc/IL > 20 • Patente: • PI 9503678-4 - INPI (Brasil)