sistemas elétricos de potência - mantest
TRANSCRIPT
1
Empresas que têm a Energia Elétrica como
um insumo fundamental do processo
produtivo, não importando o tamanho da
empresa ou do projeto.
Nossos Clientes
Estudos Elétricos
Estudos de Curto-Circuito
Estudos de Coordenação da Proteção e Seletividade
Cálculo de Energia Incidente e Arc Flash
Estudos de Fluxo de Potência
Estudos de Correção de Fator de Potência e Harmônicos
Cálculo de Transitório de Partida de Motores
Análise de Risco para Sistemas de Missão Crítica: Confiabilidade e Disponibilidade
Transitórios Eletromecânicos
Transitórios Eletromagnéticos
Estudos para Parecer de Acesso
Consultoria
Engenharia Conceitual
Estudos Elétricos para Determinação de Viabilidade Técnica
Especificação de Compra de Materiais e Serviços
Equalização Técnica da Propostas
Gerenciamento do Projeto Executivo
Gerenciamento da Obra
Operação Assistida
Due Diligence Técnico
Auditoria Técnica
Engenharia do Proprietário
Inspeções de Recebimento em Fabricantes
Comissionamento de Sistemas Elétricos
Análise e Validação do Projeto
Acompanhamento de Testes de Fábrica
Comissionamento Elétrico – Testes de Equipamentos
Comissionamento Funcional
Projetos Elétricos
Projeto Executivo de Sistemas de Missão Crítica
Manutenção de Sistemas Elétricos
Operação Assistida
Estudos Elétricos previstos na NR10
Inspeções Técnicas Periódicas
Manutenções Preditivas
Manutenções Preventivas e Corretivas
Medições de Qualidade de Energia
Treinamentos
Auditoria NR10
Levantamento Físico do SEP e das Instalações Elétricas
Auditoria do Prontuário das Instalações
Auditoria do Prontuário dos Prestadores de Serviços
Montagem de Banco de Dados Digital
Emissão de Laudo NR10
Emissão Laudo SPDA
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
O que é a BCA?
• A BCA, sigla em inglês para Associação ParaComissionamento de Edificações, é uma organizaçãonorte americana, privada e sem fins lucrativos,dedicada a criar e apoiar programas e padrões aserem utilizados nas atividades de comissionamento.
• Através de programas de treinamento deprofissionais, programas de certificação deprofissionais e empresas de comissionamento, etambém através do desenvolvimento de ferramentasde comissionamento, a BCA tornou-se figura central euma referência técnica no que tange às melhorespráticas de engenharia de comissionamento.
Quem são os membros da BCA?
• Comissionadores
• Projetistas: Engenheiros e Arquitetos
• Construtoras
• Investidores
• Proprietários
Brasil Chapter
ABRAVA420 associados
DNBrasil
Chapter23 associados
BCAaprox. 1.200 Associados
Brasil Chapter – DN ABRAVA
www.bcxa.com.br
www.bcxa.org
AnoPopulação
Milhões
PIB
Bilhões U$
Energia
Bilhões
cal/dia
1500 500 250 13.000
2010 7.000 60.000 1.500.000
14 x 240 x 115 x
Evolução do Consumo de Energia
Fonte: Harari, Yuval - 2013
Kg Equivalente de Petróleo per Capita
Fonte: Banco Mundial
Custos x Intervenção
Fonte: Luis Ceotto
Meio físico através do qual a energia elétrica é produzida e conduzida até o consumidor final
Se é um meio físico, tem que ser projetado, construído, operado, mantido, etc.
Está sujeito a todo tipo de ação (ou degradação) como: envelhecimento, desgaste pelo uso, mau uso, ...
O que é o SEP
17
O que é Energia?
Energia pode ser associada à propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho
Pode ter várias formas: potencial, cinética, química, eletromagnética, elétrica, calorífica, eólica, gravitacional, etc
Essas várias formas de energia podem ser transformadas umas nas outras
18
O que é Eletricidade?
A energia elétrica - ou eletricidade - é como se designam os fenômenos em que estão envolvidas cargas elétricas
A carga elétrica é uma das propriedades fundamentais da matéria associada a algumas partículas elementares (partículas que constituem os átomos como: prótons, elétrons, pósitrons, nêutrons, neutrinos, etc.).
19
A importância da Eletricidade
Os sistemas de potência atuais foram
originalmente projetados para alimentar as
três principais invenções do século XIX:
a lâmpada elétrica 1860
o motor elétrico 1866
o refrigerador 1913
20
A importância da Eletricidade
Toda a tecnologia de geração, transmissão e
distribuição de energia elétrica foi criada no
final do século XIX com o intuito de atender
lâmpadas, geladeiras e motores elétricos.
A Disponibilidade dos sistemas atuais:
99,9% - 3σ
o que equivale a 8,76hs de interrupção
por ano!21
Geração Transmissão Distribuição
99
,9%
22
A importância da Eletricidade
Em 2020
Nº de computadores será 10x maior que 2000
Quantidade de dados em trânsito será 12x
maior
Nova geração de servidores: mais de 10
milhões de usuários em paralelo
Nº de celulares: 15 bilhões, 100% www.able
60 milhões de km de fibra óptica instalados
A importância da Eletricidade
23
Para produzir, armazenar, transferir e
recuperar 10 MB de dados consome-se
energia equivalente a 1 Kg de carvão!
Aproximadamente 8,3kWh
A importância da Eletricidade
24
Um CPD médio consome tanta energia quanto seis edifícios de escritório de 40 andares cada um
Um smart phone conectado à Internet consome o mesmo que um refrigerador doméstico de tamanho médio
Fonte: Commonwealth Edison, Chicago Electricity Provider
A importância da Eletricidade
25
A Disponibilidade de fornecimento exigida para essa infraestrutura é:
99,9999% 6σ
aproximadamente 0,52 minutos!
A importância da Eletricidade
26
Ou seja, passar de 8,76hs = 525,6min
Para 0,52min
O que é aproximandamente:
1010,7 vezes menos!
A importância da Eletricidade
27
RecebimentoDistribuição
InternaMissão Crítica
99,9999%99,9%
28
A importância da Eletricidade
Duas Conclusões:
A grande dependência da energia elétrica
dos processos produtivos atuais
A falta de capacidade dos sistemas atuais
de fornecimento em atender esta
demanda com a Qualidade necessária
A importância da Eletricidade
29
Uma simples pergunta: a instalação têm a energia
elétrica como um insumo fundamental para seu
funcionamento?
Se a resposta for sim:
▪ Não importa se a instalação é de alta, média ou baixa tensão
▪ Não Importa se a demanda de EE é alta ou baixa
A importância da Eletricidade
99,9999%
99,9999%99,9%
31
Missão Crítica
AR CONDICIONADO
ENERGIA ELÉTRICA
A importância da Eletricidade
COMO?
A Norma IEEE 493
IEEE 493 IEEE Recommended Practice for the
Design of Reliable Industrial and Commercial
Power Systems
Define uma metodologia a ser aplicada nesta
análise:
1) O cálculo propriamente dito: probabilidade & estatística – Confiabilidade e Disponibilidade
2) E a base de dados de falhas de equipamentos
33
DADOS IEEE 493
Equipamento
MTBF (Mean Time
Between Failure) Falhas
por unidade-ano
MTTR (Mean Time To
Repair) Horas
Seccionadora MT 0,0061 1,6 h
Disjuntor MT 0,0176 10,6 h
Barramento 0,0009585 /metro 17,3 h
Gerador 0,1691 32,7 h
Disjuntor BT 0,0042 4,7 h
Cabo BT 0,00001273 /metro 15 h
Transformador <
10MVA0,0059 297,4 h
34
IEEE 493
MTBF (Mean Time
Between Failure) Falhas
por unidade-ano
MTTR (Mean Time To
Repair) Horas
Conc. Circuito Simples 1,956 1,32 h
Conc. Circuito Duplo 0,312 0,52 h
End 1 – Fa. Lima 83,72 --
End 2 – Fa. Lima 111,28 --
End 1 – Chucri Zaidan 70,2 --
End 2 – Chucri Zaidan 70,1 --
Juscelino Kub. 102,96 --
99,9999%
Confiabilidade
Disponibilidade
Projeto
Topologia do SEP
Tipo de Equipamentos Utilizados
36
Topologia 1
37
Topologia 2
Disponibilidade
Top
olo
gia
1
Top
olo
gia
2
Top
olo
gia
1
Top
olo
gia
2
Top
olo
gia
1
Top
olo
gia
2
40
DADOS IEEE 493
Equipamento
MTBF (Mean Time
Between Failure) Falhas
por unidade-ano
MTTR (Mean Time To
Repair) Horas
Barramento 0,0009585 /metro 17,3 h
Cabo BT 0,00001273 /metro 15 h
75 x
Porque o Projeto é importante?
SEP & Ar Condicionado
Voltage Levels
20,4 kV
0,38 kV
0,22 kV
0,208 kV
PowerFactory 14.1.3
Itaú Unibanco S.A.
Itaú Mantest Engenharia Elétrica
Estudo de Curto-Circuito, Seletividade e Proteção
Project:
Graphic: Diagrama
Date: 10/3/2013
Annex: 01
Nodes Branches
PDTRAFO
PDNB-3 - 1x36kVA PDNB-2 - 2x40kVA
PNB - 1x36kVA
40kVA40kVA36kVA
PNB - 2x40kVA
PRUMADA BLOCO B 1ºSS
CT
A -
BB
IN
CÊ
ND
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P.G.NB. 2ºSS
COLUNA 2 COLUNA 3 COLUNA 4
Q.G.EM.-2ºSS
PDNB-4x60kVA
Q.D
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BL
OC
O B
1ºS
S
PPNB-4x60kVA
60kVA 60kVA 60kVA60kVA
Q.G.B.T.1-REDE-2ºSS
PDTRAFO
PNB - 2x36kVA
QDNB3 36KVA
PNB - 1x36kVA
PDNB-3 - 1x36kVA PDNB 2
SEC.TR-4
PRIM. TR4
QDNB 1 - 1°SS
SEC. AT-3
PRIM. AT3
QD ESTABILIZADOR 1 B
QDNB 2 - 1°SS
QD ESTABILIZADOR 2 A
QGNB 2 - 2°SS Bloco BQGNB 1 - 2°SS Bloco A
PPNB - 4x60kVA
PGNB 2ºSS
QGEM - 2ºSS
BOMBA INCÊNDIO
PDNB - 4x60kVA
CAG
PMT
REDE
QGBT 1 - REDE-2ºSS
QTA-2
GMG3QGBT 3
QGBT1 - REDE-2ºSS
PRIM. TR3
SEC. TR2
PRIM. TR2PRIM. TR1
GMG2SEC. TR1
QGBT2 - REDE-2ºSS
REDE 2AREDE1AREDE 2BREDE 1B
SEC. AT-2
PRIM. AT2
ELEV. 1 B
ALIM. P.G.NB. 2ºS..ALIM. P.G.NB. 2ºS..
ALIM
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NB3 3
6K
VA
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NB3 3
6K
VA
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B - 1
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B - 1
x36kV
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ALIM. P.G.NB. 2ºSS UPSALIM. P.G.NB. 2ºSS UPS
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CTA BOMBA INCÊNDIO
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1
DIg
SIL
EN
T
PowerFactory 14.1.3
Cotepe Engenharia Elétrica Ltda.
Estudo de Conf iabilidade e Disponibilidade Projac - Rede Globo
Alternativ a 3
Project: PV 1817
Graphic: Globo
Date: 20/02/2011
Annex:
Nodes Branches
NB-2NB-4
NB-5NB-3NB-1
4 x Geradores 1250kVA
QGBT - TR#7QGBT - TR#1
SE - VM22SE - PL 256
CTA-2CTA-1
CAG L/G COB. VMCPP
L/G APOIO/CPP
L/G S.S. VM
QGBT - TR#10QGBT - TR#6QGBT - TR#4
SE - Apoio
QGBT - TR#9
QGBT - TR#5QGBT - TR#2 QGBT - TR#8QGBT - TR#3
TIE TR#9/TR#10TIE TR#9/TR#10TIE TR#8/TR#9TIE TR#8/TR#9TIE - TR#2/3TIE - TR#2/3
Saída CTA-2Saída CTA-2
Cabo Alim. NB-2Cabo Alim. NB-2
Cabo A
lim.
NB
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NB
-4
Cabo A
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NB
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NB
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Cabo A
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NB
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NB
-3
Cabo Alim. NB-1Cabo Alim. NB-1
TR
#10
TR
#10
TR
#6
TR
#6
TR
#4
TR
#4
TIE TR#5/TR#6TIE TR#5/TR#6
Circ. # 24159 (Principal)Circ. # 4427 (Reserva)
TR
#9
TR
#9
TR
#5
TR
#5
TR
#2
TR
#2
TR
#8
TR
#8
TR
#3
TR
#3
TR
#7
TR
#7
TR
#1
TR
#1
Saíd
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Me
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Me
diç
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Cabo CTA-1 - GCabo CTA-1 - G
TR
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MTR
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Cabo CTA-2 - GCabo CTA-2 - G
TR
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TR
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poio
/CP
P
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M.
Cabo
L/G
S.S
. V
M.
G~
G4.
Geração NB-4Geração NB-4
G~
G3.
Geração NB-2Geração NB-2
G~
G2.
Geração NB-5Geração NB-5
G~
G1.
Geração NB-3Geração NB-3
TR
-4T
R-4
TR
-3T
R-3
TR
-2T
R-2
TR
-1T
R-1
Geração NB-1Geração NB-1
G~
G4
G~
G3
G~
G2
G~
G1
Anel Apoio/VM22Anel Apoio/VM22Anel - PL256/ApoioAnel - PL256/Apoio
DIg
SIL
EN
T
DADOS EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO
Equipamento
MTBF (Mean Time
Between Failure)
Falhas por unidade-
ano
MTTR (Mean Time To
Repair) Horas
Chillers 0,08760 20 h
Torres de
Resfriamento0,06667 20 h
Bombas 0,06667 12 h
Tanque 0,1691 12 h
Centrífugas 0,3504 37,5 h
Custos x Intervenção
Fonte: Luis Ceotto
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: Distribuição de Custo
de um edifício ao longo da sua vida útil
Fonte: Steve Tom, PhD, PE – Ecolibrium – 04/2009
Fonte: Steve Tom, PhD, PE – Ecolibrium – 04/2009
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: Distribuição de Custo
de um edifício ao longo da sua vida útil
48
1% a 2% de melhoria na produtividade dos usuários (5-9
min/dia) paga os custos totais mensais de energia e
manutenção!
1% a 2% de melhoria na produtividade dos usuários (5-9
min/dia) paga em UM ANO os custos totais de um projeto
bem feito!
1% a 2% de melhoria na produtividade dos usuários (5-9
min/dia) paga em 2 ANOS os custos totais da diferença
na execução do projeto bem feito!
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: CUSTO!
49
QUALQUER MEDIDA DE
ECONOMIA QUE DIMINUA O
CONFORTO (PRODUTIVIDADE)
DOS USUÁRIOS É INVIÁVEL!
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
Gestor
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
Missão Crítica?
Eficiência?
Budget?
Projeto
Eficiente?
Obra atende
o Projeto?
Operação
Adequada?
O que faz uma edificação ser eficiente?
EFICIÊNCIA
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
Qualidade?
ou
Preço?
Problemas!
(mesmo em edifícios com um bom projeto)
Alterações no conceito original do projeto (BoD)
Erros de Instalação
Complexidade dos sistemas que são montados por
empresas e m.o. não qualificadas
Construção com baixa qualidade
Componentes baratos e não confiáveis
A Realidade do Mercado Brasileiro
55
Transformadores com a mesmapotência !!!
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
Etapas do Comissionamento
OPR
BOD
Projeto detalhado
Implant.
VerificaçãoInstalação
VerificaçãoOperação
VerificaçãoDesemp.
OPR = Owner’s Project Requirements (Requisitos do Proprietário)
BOD = Basis of Design (Projeto conceitual)
Testes integrados
Testes funcionais
OBRA!
Quem participa do Comissionamento?
Proprietário(ou seu
representante)
Projetista
Manutenção e
Operação(quando possível)
Construtora
Usuário Final
(quando possível)
Comissionador
Comissionamento mal executado (ou não realizado)
Comissionamento mal especificado
Ausência de ECCCPS
Ausência de Documentação de Equipos
Problemas!
(mesmo em edifícios com uma “boa obra”)
Projeto Básico
Projeto Executivo
Especificações de Compra
Instalação Montagem
Comissiona-mento
Operação
Manutenção
Reavaliação
Fatores que afetam a eficiência
operacional
Operadores sem conhecimento técnico para operar e
manter o SEP
Operadores sem treinamento adequado para operar e
manter o SEP
Ausência de Planos de Contingência
Ausência de as built, histórico de manutenções, histórico
de problemas, etc
Como fazer para a expectativa virar realidade?
Expectativa
Entrega 62
O que é Qualidade de Energia?
Qualquer problema de energia
manifestado na tensão, corrente
ou nas variações de frequência que
resulte em falha ou má operação
de equipamentos de consumidores
63
-3
-2,8
-2,6
-2,4
-2,2
-2
-1,8
-1,6
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 9001
Primeiras Considerações:
Onda senoidal: V(t) =Vpico . Seno(2.π.60.t)
64
Vpico
Vrms =Vpico / √2
1/60s = 60Hz
Origem
Externas
Perda de LT
Manobra Geradores
Manobra BcosCaps
Curto Circuitos
Causas Naturais
Internas
Cargas Não LIneares
Mau usoMá Manut
65
66
Primeiras Considerações
Cargas Não Lineares
– Fornos a Arco
– Fornos de Indução
– Retificadores e Inversores de Frequência
– UPSs
– etc
... Harmônicas
Cargas com maior sensibilidade!67
68
Principais Distúrbios
HARMÔNICAS
69
Porquê faz tanta diferença
a presença ou não de
harmônicas?
70
Vida útil de um Cabo vs THDI
71
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
THDI (%)
Exp
ecta
tiva
de
Vid
a[%
]
Efeitos das Harmônicas
Aumento das perdas nos estatores e rotores de maquinas
rotativas, perdas que podem causar sobreaquecimento
danoso às máquinas;
O fluxo de harmônicas nos elementos de ligação de uma rede
leva a perdas adicionais causadas pelo aumento do valor rms
da corrente, além do surgimento de quedas de tensões
harmônicas nas várias impedâncias dos circuitos. No caso dos
cabos há um aumento de fadiga dos dielétricos, diminuindo
sua vida útil e aumentando custos de manutenção. O aumento
das perdas e o desgaste precoce da isolação também podem
afetar os transformadores do sistema elétrico, em especial os
transformadores de retificadores e inversores, já que estes
não são beneficiados com a presença de filtros;
Distorção das características de atuação de relés de
proteção em especial os relés de distância;
Aumento do erro de instrumentos de medição de energia
que estão calibrados para medir ondas senoidais puras.
Este erro pode chegar a até 6 % acima do valor real;
Interferência em equipamentos de comunicação,
aquecimento em reatores de lâmpadas fluorescentes,
interferência na operação de computadores, interferência
em equipamentos tiristorizados de variação de velocidade,
etc.;
Perdas extras em capacitores para correção de fator depotência;
Aparecimento de ressonâncias entre os capacitores paracorreção do fator de potência e o restante do sistema,causando sobretensões e sobrecorrentes que podemcausar sérios danos ao sistema.
No neutro os harmônicos múltiplos ímpares de 3ª ordem (3º,9º, 15º, ...) – não se cancelam, pelo contrário, se adicionam.Em sistemas com muitas cargas não lineares a corrente noneutro pode mesmo ultrapassar a corrente de fase. Nãoestando o neutro protegido pode haver o aquecimentoexcessivo do condutor de neutro;
O aumento da corrente no neutro leva à existência de umatensão Neutro-Terra perigosamente elevada.
Cargas que são lineares:
Aquecedores
Motores trifásicos
Capacitores
Lâmpadas de filamento
76
Cargas que não são lineares:
Inversores de freqüência
Retificadores
Fornos de indução e fornos a arco
Lâmpadas fluorescentes
Equipamentos eletrônicos de um modo geral
Transformadores
77
A principal característica dessas cargas é que as formas de onda da corrente e da tensão NÃO são senoidais.
78
SEF#01 - Forma de Onda da Tensão
-200,0
-150,0
-100,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
1 101 201 301 401 501 601 701 801 901
Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fundamental
79
BBY#2A - Forma de Onda de Tensão
-250,0
-200,0
-150,0
-100,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fundamental
80
O Que São Harmônicas?
“É uma onda componente de
uma onda periódica que tem
frequência múltipla da onda
fundamental”
81
Série de Fourier
Onde:
U(t) = onda deformada a ser decomposta;
, com f sendo a freqüência base
de decomposição; e
n = inteiro variando de um a infinito.
)(...)2()( 21 tnsenUtsenUtsenUtU n
f 2
82
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
n=1 n=2 n=3 Vmáx Vrms
1/60Hz = 16,67ms = 1 ciclo
83
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
n=1,2,3 Vmáx Vrms
1/60Hz = 16,67ms = 1 ciclo
84
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
n=1 n=5 n=7 Vmáx Vrms
1/60Hz = 16,67ms = 1 ciclo
85
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
n=1, 5, 7 Vmáx Vrms
1/60Hz = 16,67ms = 1 ciclo
86
OBRIGADO
87