E-poti: Análise e Monitoramento da Qualidade da Energia Elétrica

Análise e Monitoramento da
Qualidade da Energia Elétrica
Prof. Dr. Mário Oleskovicz
olesk@sc.usp.br
Teresina, 09 de setembro de 2014.

2
 Agenda
– Apresentação
– Motivação
– Introdução
– Fenômenos de interesse
– Aspectos sobre o monitoramento
– Comentários gerais

3
 Apresentação

4
Escola de Engenharia de São Carlos
 Apresentação
São Paulo
Bauru
Ribeirão
Preto
Lorena
Pirassununga
Piracicaba São Carlos

5
EESC/SEL – Graduação e Pós
 Apresentação
Excelência
(CAPES 7)
Atividades
de Pesquisa
Corpo
Docente: 52
Atividades
de Formação
Corpo
Discente:
150/ano
Teses e
Dissertações
Produção
Intelectual

6
EESC/SEL
 Apresentação
Proteção de
Sistemas
Elétricos
Geração
Distribuída
Qualidade da
Energia
Elétrica
Planejamento
da Operação

 Apresentação
8
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

9
 Motivação

Análise e monitoramento da QEE: em que parte do SEP?

10
 Motivação

Modelagem do SEP de interesse

 Motivação

11
Modelagem do SEP de interesse
Alimentador em 34,5 kV
Linha de Subtransmissão
Carga atendida pela
Linha de Subtransmissão

12
 Validação da modelagem: falta simulada x falta real
Grandeza Valor
VA 19.620 V
VB 11.550 V
VC 9.140 V
IA 68 A
IB 2.484 A
IC 2.555 A

13
 Motivação

Sistema de distribuição: falha de motores em oficina mecânica

14

Sistema de distribuição: vibração de um transformador em um
complexo comercial

 Introdução
15

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.

16

A QEE constitui na atualidade um
fator crucial para a competitividade de
praticamente todos os setores
industriais e dos serviços.

17

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

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
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

O que é necessário então?

Padrões de qualidade adequados: definir a
real expectativa dos consumidores.

21
 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.

22

23
 Indicadores de QEE: Região Nordeste – CEPISA
Fonte: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/indicadores_de_qualidade/pesquisaGeral.cfm

24
 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

25
Afundamento de tensão

26
Elevação de tensão

27
Desequilíbrio de tensão

28
60.2
60.1
60
59.9
59.8
59.7
Ref. ATP
AG-FPGA
Relé Comercial
Erro (faixa 0.2%)
1 2 3 4 5 6 7
Tempo (s)
Freqüência (Hz)
Variação da frequência
62
61.5
61
60.5
60
59.5
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Tempo (s)
Freqüência (Hz)
Ref. ATP
AG-FPGA
Relé Comercial
Erro (faixa 0.2%)

Descargas Atmosféricas
Transitório impulsivo

I
I0 Zs V
Z
 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.

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).

USG LCC
V 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
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
2 AWG - 603m
0.07 km
LCC
0.349 km
2 AWG - 471m 3 AWG - 149m
 Modelo completo simulado da linha de transmissão via software ATP.
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
V V
V
V V V
I
I
Y
SAT
| 2 AWG - 119m | 3 AWG - 1773m
| |
3 AWG - 3397m
|
|
843m
|
2 AWG
3 AWG - 1507m
|
|

4 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0
0
V o l t a g e ( V )
-2 0 0 0 0 0 0
-4 0 0 0 0 0 0
D E R IV E D > S O M A T R 2 A ( T y p e 4 )
D E R IV E D > S O M A T R 2 A (T yp e 4 ) D E R IV E D > S O M A T R 2 B (T yp e 4 )
D E R IV E D > S O M A T R 2 C (T yp e 4 )
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
T im e (m s )
E le c tro te k C o n c e p ts ® TO P , T h e O u tp u t P ro c e s s o r®
 Sobretensões observadas próximo à Usina Salto Grande devido à
aplicação de uma situação de descarga atmosférica (escala completa).

1 5 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0
0
-5 0 0 0 0 0
V o l t a g e ( V )
-1 0 0 0 0 0 0
-1 5 0 0 0 0 0
D E R IV E D > S O M A T R 2 A ( T y p e 4 )
D E R IV E D > S O M A T R 2 A (T yp e 4 ) D E R IV E D > S O M A T R 2 B (T yp e 4 )
D E R IV E D > S O M A T R 2 C (T yp e 4 )
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0
T im e (m s )
E le c tro te k C o n c e p ts ® TO P , T h e O u tp u t P ro c e s s o r®
 Sobretensões observadas próximo à Usina Salto Grande devido à
aplicação de uma situação de descarga atmosférica (escala reduzida).

Transitório oscilatório
Chaveamento de BCs

Flutuação de tensão

Flicker observado sobre um sistema trifásico.

38
T e n s ã o [ k V ]
Flutuação de tensão oriundas da operação de um laminador

39
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).

40
Componente fundamental (f = 60 Hz)

41
+ =

42
+
=
+

43
+
=
+
+

44
+ +
+
=
+

45
Caracterização da distorção harmônica: DHT

Para quantificação do grau de distorção presente na
tensão e/ou corrente, tem-se a Série de Fourier.

54

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

55

Para fins práticos, geralmente, as harmônicas de
ordens elevadas (acima da 50a ordem), são desprezíveis
para análises em sistemas elétricos de potência.

56
Efeitos da distorção harmônica: decomposição por
Fourier

57
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
Distorções na
forma de onda
Itens que caracterizam
uma rede com
problemas de QEE
Harmônicas
Interrupções Desequilíbrios
Flutuações de
Variações de tensão
Tensão de Curta
Duração
Variações do
valor eficaz da
tensão
Transitórios

59
 Aspectos necessários para um monitoramento eficaz:
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.

60
Comentários finais

Importância de uma análise e diagnóstico da QEE:
Determinar: causas e consequências
Apresentar: medidas técnicas e economicamente
viáveis

61

62
olesk@sc.usp.br
Fone: 016 3373 8142
Muito obrigado pela atenção!

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