e-poti: análise e monitoramento da qualidade da energia elétrica
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Prof. Dr. Mário Oleskoviczolesk@sc.usp.br
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
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
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
11
Qualidade da Energia Elétrica
Alimentador em 34,5 kVLinha de Subtransmissão
Carga atendida pela Linha de Subtransmissão
Motivação
Modelagem do SEP de interesse
12
Qualidade da Energia Elétrica
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
Qualidade da Energia Elétrica
Motivação
Sistema de distribuição: falha de motores em oficina mecânica
14
Qualidade da Energia Elétrica
Sistema de distribuição: vibração de um transformador em um complexo comercial
15
Qualidade da Energia Elétrica
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
16
Qualidade da Energia Elétrica
A QEE constitui na atualidade um fator crucial para a competitividade de praticamente todos os setores industriais e dos serviços.
17
Qualidade da Energia Elétrica
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
Qualidade da Energia Elétrica
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.
19
Qualidade da Energia Elétrica
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
Qualidade da Energia Elétrica
O que é necessário então?
Padrões de qualidade adequados: definir a real expectativa dos consumidores.
21
Qualidade da Energia Elétrica
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.
23
Qualidade da Energia Elétrica
Fonte: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/indicadores_de_qualidade/pesquisaGeral.cfm
Indicadores de QEE: Região Nordeste – CEPISA
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Qualidade da Energia Elétrica
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
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Qualidade da Energia Elétrica
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%)
Qualidade da Energia Elétrica
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.
Qualidade da Energia Elétrica
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).
Qualidade da Energia Elétrica
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|
Qualidade da Energia Elétrica
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)
Qualidade da Energia Elétrica
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)
38
Qualidade da Energia Elétrica
Flutuação de tensão oriundas da operação de um laminador
Tensão [kV]
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Qualidade da Energia Elétrica
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).
45
Qualidade da Energia Elétrica
Caracterização da distorção harmônica: DHT
Para quantificação do grau de distorção presente na tensão e/ou corrente, tem-se a Série de Fourier.
54
Qualidade da Energia Elétrica
Caracterização da distorção harmônica: DHT
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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Qualidade da Energia Elétrica
Caracterização da distorção harmônica: DHT
Para fins práticos, geralmente, as harmônicas de ordens elevadas (acima da 50a ordem), são desprezíveis para análises em sistemas elétricos de potência.
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Qualidade da Energia Elétrica
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
58
Qualidade da Energia Elétrica
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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Qualidade da Energia Elétrica
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
Qualidade da Energia Elétrica
Comentários finais
Importância de uma análise e diagnóstico da QEE:
Determinar: causas e consequências
Apresentar: medidas técnicas e economicamente viáveis
62
Qualidade da Energia Elétrica
olesk@sc.usp.br
Fone: 016 3373 8142
Muito obrigado pela atenção!
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