Distúrbios da energia elétrica
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Distúrbios da energia elétrica Document Transcript

  • 1. a ric ét El da Energia Elétrica Edson Martinho Respostas dos Exercícios D ist úrbios a Energia d Distúrbios 1a Edição 1
  • 2. Distúrbios da Energia Elétrica Capítulo 1 1. A "qualidade da energia" passa por uma grande variedade de termos que transitam por inúmeras áreas do sistema de energia elétrica, desde geração, transmissão e distribuição até o consumo, passando por problemas relacionados com funcionamento de equipamentos, comunicação, telefonia, dados etc. 2. Atualmente, o termo qualidade da energia vem sendo associado à sustentabilidade do planeta, pois em alguns casos o problema causado por uma má qualidade da energia pode acarretar desperdício da mesma energia. 3. Os distúrbios não devem ser estudados sozinhos, pois podem sofrer influência de outros distúrbios que, ao serem tratados, podem solucionar os distúrbios inicialmente detectados. Por este motivo é importante que o profissional faça uso de seus conhecimentos em qualidade da energia e passe a avaliar todo o contexto e não somente o distúrbio isolado. 2 4. Independente do termo que se usa, da definição que se aplica ou do conceito utilizado, sabemos que a qualidade da energia, ou a falta de qualidade da energia, é uma preocupação mundial vivida por todos os segmentos que estão envolvidos com a energia elétrica e que precisa ser tratada de forma a reduzir seus efeitos. Isso porque, os equipamentos são cada vez mais sensíveis aos diversos distúrbios por possuírem com mais freqüência a eletrônica embarcada através de microprocessadores e componentes eletrônicos. Capítulo 2 1. A preocupação com a qualidade da energia dentro do segmento industrial é normalmente maior do que em outros segmentos, uma vez que o índice de automação das indústrias é muito elevado. Em conseqüência dessa automação, como vimos na introdução do livro, o impacto de problemas com relação à qualidade da energia passa a ser muito maior, pois parada de máquinas e queima de equipamentos causam prejuízos financeiros enormes para o empresário e também para o usuário. 2. O setor no segmento comercial que vem crescendo a cada dia é o de telemarketing, que reúne em um único ambiente inúmeros computadores e sistemas de automação. 3. Os projetos das instalações, que devem ser sempre realizados por profissionais qualificados e habilitados, devem ter no fornecimento da energia elétrica cuidado especial em todo o processo, levando em consideração os principais efeitos colaterais, conseqüência das implementações dos sistemas automáticos, sistemas de condicionamento de energia, geradores e UPSs, principais e redundantes, filtros e instalações monitoradas.
  • 3. 5. Estão sujeitos ao Prodist: –– Concessionárias, permissionárias e autorizadas dos serviços de geração distribuída e de distribuição de energia elétrica (denominadas no documento como distribuidoras); Respostas dos Exercícios 4. A instalação de má qualidade pode causar danos irreparáveis, como a morte de pacientes, explosões, incêndios, perda de dados, ou perda de proteção dos sistemas de segurança. –– Consumidores de energia elétrica, conectados ao sistema de distribuição, em qualquer classe de tensão; –– Cooperativas de eletrificação rural; –– Importador e exportador de energia elétrica, conectados ao sistema de distribuição. 6. Existem várias maneiras de gerar energia elétrica, seja pela hidroeletricidade, que é a principal fonte de geração de energia no Brasil, seja nuclear através da reação de urânio, eólica pela força dos ventos, solar pela captação em cristais de silício que são transformados em energia elétrica, carvão, gás e tantas outras. 7. Os parâmetros que garantem a qualidade da energia na geração são nível de tensão, simetria das fases, forma de onda e variação da freqüência. 8. O principal critério a ser controlado na transmissão é o nível de tensão que deve ser mantido dentro de parâmetros aceitáveis conhecidos como condicionantes técnicos (documento que especifica os requisitos técnicos estabelecidos pela distribuidora para acesso ao seu sistema). 9. Desde a privatização do sistema de distribuição da energia elétrica, alguns parâmetros de qualidade da energia foram estabelecidos e são cobrados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), órgão que fiscaliza as concessionárias. O nível de tensão deve ser mantido dentro de um determinado parâmetro máximo e mínimo, também a continuidade do serviço através dos parâmetros DEC (Duração Equivalente por Consumidor - tempo médio sem energia por consumidor no período considerado) e FEC (Freqüência Equivalente de Interrupção - média de interrupções por consumidor no conjunto considerado). Outros dois parâmetros são alvo de avaliação e controle no sistema de distribuição: Forma de Onda e Simetria do Sinal, além do nível de tensão que deve permanecer dentro dos limites estabelecidos como padrão. Capítulo 3 1. Dugan (1996) define qualidade da energia como qualquer problema no sistema elétrico expresso em desvios da tensão, corrente ou freqüência que resultem em falha ou má operação de equipamentos dos consumidores. 3
  • 4. Distúrbios da Energia Elétrica Já a norma IEEE 1159/1995 define qualidade da energia como uma larga variedade de fenômenos eletromagnéticos que caracterizam tensão e corrente em um determinado instante e a uma dada localização em um sistema elétrico. 2. Podemos explicar como sendo uma modificação do valor de tensão originalmente definido como padrão ou comumente chamado de valor nominal, sendo possível variar para mais ou para menos. 3. A variação de tensão de curta duração compreende o distúrbio que ocorre entre 0,5 ciclo e um minuto, ou seja, se ocorrer uma redução do valor nominal da tensão durante 30 segundos, caracteriza uma variação de tensão de curta duração. 4. A variação de tensão pode ser causada por inúmeras situações como o chaveamento de cargas de elevada potência, o acionamento de bancos de capacitores e faltas ocasionadas na rede de alimentação, muitas vezes longe do ponto de utilização. 5. O afundamento de tensão pode afetar os equipamentos eletrônicos da seguinte maneira: –– Desprogramação de microprocessadores, CLPs; –– Desatracamento de bobinas de contatos e relés auxiliares e conseqüente desligamento de cargas e equipamentos; 4 –– Variação de velocidade de motores; –– Desligamento por dispositivos de proteção; –– Falhas de comutação; –– Desligamento de lâmpadas a descarga; –– E atuação de dispositivos de proteção contra sobrecorrente, principalmente em acionamentos CC no modo regenerativo. 6. A diferença básica entre uma UPS on-line e uma off-line está na maneira como a carga é alimentada. No sistema off-line, a carga é alimentada diretamente pela rede, e na ausência de energia suficiente para suprir a carga (interrupção ou afundamento), a chave de transferência automática é acionada e a carga passa a ser alimentada diretamente pelo conjunto baterias/inversor. No sistema on-line a carga é sempre alimentada pelo conjunto inversor/retificador/baterias. 7. Trata-se de uma forma de energizar um motor trifásico com tensão menor para que ele saia da inércia (ligação do motor em estrela), portanto a corrente exigida para esse deslocamento não será tão grande quanto a corrente exigida para a partida direta. Assim que o motor atinge uma determinada velocidade, o circuito é alimentado com a tensão de funcionamento (ligação triângulo) e este passa a atingir o regime de funcionamento. A mudança pode ser de forma manual ou automática por meio de comandos eletrônicos.
  • 5. Respostas dos Exercícios 8. Uma elevação de tensão de intensidade pequena, que seja suportada pelos equipamentos, acarreta outros distúrbios, como o desperdício de energia e a diminuição da vida útil dos equipamentos alimentados pela linha alterada. Isso acontece porque a sobretensão ou a elevação de tensão aquece os equipamentos ligados à rede e o aquecimento, se não danificar o equipamento, diminui a sua vida útil, e também a energia transformada em calor não é aproveitada e sim desperdiçada. Neste caso a elevação de tensão é tão prejudicial ou mais que o afundamento de tensão. 9. Se caracteriza por variações que acontecem por períodos maiores que um minuto, ou seja, as alterações da tensão em relação ao valor nominal permanecem por período superior a um minuto. 10. O conceito mais simples de ruído caracteriza-o como um sinal elétrico com freqüência menor que 200kHz, superpondo-se ao sinal de potência, seja corrente ou tensão, que circula pelos condutores fase ou neutro de uma instalação elétrica, causando problemas na rede. O ruído também pode ocorrer em uma linha de sinais, causando problemas maiores ainda. Esse distúrbio pode ser gerado de várias maneiras, como, por exemplo, ser de natureza interna, quando o ruído já vem incorporado ao sinal que foi transmitido; ou por influências externas, como, por exemplo, a indução de um motor ou o chaveamento de cargas diretas, ou mesmo a presença de um equipamento eletromagnético próximo ao sistema que, por ser gerador de ruído e não estar blindado corretamente, pode ocasionar interferência em outro equipamento. 11. O efeito flicker é indesejável em muitos casos e deve ser evitado principalmente em atividades perigosas como operação de torno mecânico, nas indústrias, aumentando a segurança do trabalhador. 12. O efeito notching é um distúrbio periódico de tensão, causado pela má operação de alguns equipamentos de eletrônica de potência, quando a corrente é comutada de uma fase para outra. No momento da transição de fases ocorre um curto-circuito, que leva a tensão ao menor valor permitido pela impedância do sistema (próximo de zero). Pode ser também definido como microvariações que ocorrem durante uma senóide. Esse distúrbio pode ocorrer, por exemplo, em um sistema de retificação de seis pulsos com filtro indutor, em que dois condutores de mesma polaridade contribuem para a carga ao mesmo tempo (comutação). 13. Os desequilíbrios de tensão são comuns nos circuitos trifásicos dos sistemas de distribuição, mas podem ocorrer nas instalações internas do usuário. Isso ocorre porque a inserção de cargas monofásicas mal distribuídas gera correntes desequilibradas no sistema e desequilíbrios nos sistemas das concessionárias de distribuição de energia. O desequilíbrio afeta os consumidores de forma geral. 14. O banco automático é dividido em pequenos bancos que são acionados por sistemas independentes. 5
  • 6. Distúrbios da Energia Elétrica 15. O distúrbio de qualidade de energia conhecido como harmônico, ao contrário da maioria dos distúrbios apresentados, é de natureza constante e não temporário, como afundamentos e elevações, ou mesmo transitórios. 16. O distúrbio inter-harmônico é caracterizado pela presença de formas de ondas de tensão ou corrente com valores que não são múltiplos da freqüência fundamental (no caso Brasil 60Hz). As freqüências podem aparecer de forma discreta ou com uma larga faixa espectral, em diferentes classes de tensão. Capítulo 4 1. Pode ser pelo ângulo da segurança da informação (dados), pela continuidade dos serviços ou pela prevenção de acidentes. Este tópico trata de forma simples a qualidade da energia, envolvendo a segurança de patrimônio, pessoas e animais, a segurança de dados e informações e a segurança pela continuidade de serviços. 2. Os surtos de tensão, as harmônicas, o flicker, o inter-harmônico, além de vários ouros distúrbios, são fontes de problemas na segurança da informação, pois podem ser os causadores de interferências no envio de informações binárias, por exemplo, entre dois dispositivos de comando e controle. 6 3. Para identificar os problemas de qualidade da energia, é necessário primeiramente avaliar as condições da instalação elétrica desde o projeto até a demanda contratada, passando pelo tipo de carga instalada, tipo de ligação dos motores e transformadores, equipamentos de automação instalados, como inversores, soft-starters, PLCs, parâmetros como tensão e corrente nominal, tensão e corrente de serviço, potência instalada, demanda contratada, entre outros. O fator de potência total e individual também é um item a ser avaliado como premissa para avaliação da qualidade da energia. 4. A avaliação da qualidade da energia deve ser criteriosa, com o máximo de informações possíveis e por pessoas altamente qualificadas. Capítulo 5 1. A sigla UPS vem do inglês, Uninterrupt Power System, ou em português, sistema ininterrupto de energia. O termo expressa a função do equipamento, muito conhecido como nobreak, que mantém a energia fornecida sem interrupções, mesmo durante os distúrbios causados na energia, como afundamento, interrupção etc. 2. De forma geral os tipos de UPS são classificados como on-line e não on-line e suas subdivisões. 3. A primeira delas é que não há condicionamento da energia fornecida à carga, enquanto o sistema não for alimentado pelo conjunto UPS, ou seja, a carga estará sujeita às condições da rede de alimentação. O segundo fator é que no momento da falta da energia há um chaveamento do sistema, o que leva algum tempo.
  • 7. 5. São dispositivos que têm o objetivo de manter a tensão de alimentação de um equipamento ou sistema dentro de um valor especificado. Respostas dos Exercícios 4. A decisão do tipo de sistema UPS que será utilizado deve levar em consideração alguns parâmetros, como tipo de aplicação, cargas instaladas, o rendimento do UPS, perturbação na rede e durabilidade e retorno do investimento. 6. O DPS pode ser construído com três tipos de tecnologia (spark gaps ou centelhadores, diodos e varistores) e tem a função de proteger os equipamentos ligados em uma rede, de surtos que ocorrem à jusante dele pela limitação das sobretensões transitórias (conhecido como limitador de tensão ou supressor de surto) ou pelo desvio da corrente de surto (chamado de comutador de tensão ou curto-circuitante). 7. São usados para isolar cargas (separação galvânica) da rede de alimentação. A solução pode ser utilizada no caso da presença de determinadas ordens de harmônicas, como, por exemplo, 3ª ordem. Outra opção de uso de transformadores isoladores está na presença de harmônicas de 5ª e 7ª ordens muito presentes nos circuitos industriais trifásicos, principalmente pelo uso mais constante de inversores de seis pulsos. 8. Os filtros são utilizados para desviar correntes de determinadas freqüências para outro local, como a terra, por exemplo, ou simplesmente confiná-los em um certo ponto. Eles são divididos em passivo e ativo. 9. As principais características do sistema de compensação estática são: –– Tempo de manobra rápido que atende às cargas dinâmicas como prensas, fornos a arcos etc.; –– Isenção de transientes de manobras pela característica do zero crossing; –– Possibilidade de compensação reativa monofásica; –– Eficiência na regulação da tensão pela velocidade da compensação dos reativos; –– Compensação de flicker pela compensação instantânea da energia reativa. Capítulo 6 1. Trata-se de uma norma européia, que encontra reforço em normas locais de alguns países como Alemanha e Polônia, e que define parâmetros de qualidade de energia em baixa e média tensões (baixa até 1kV, média de 1kV a 35kV) nos sistemas de distribuição de energia elétrica e os desvios permitidos. Os dados devem ser obtidos nos pontos de conexão comum, ou PCC. Esta norma foi definida por entender que a qualidade da energia é responsabilidade de quem fornece e quem utiliza energia elétrica, por este motivo a medição no PCC. 7
  • 8. Distúrbios da Energia Elétrica 2. A grandeza TDD (Total Demand Distortion) é definida como a distorção harmônica da corrente em % (da máxima demanda da corrente de carga demanda de 15 ou 30 minutos). Isso significa que a medição da TDD deve ser feita no pico de consumo. 3. Além do valor de tensão, a curva CBEMA apresenta valores de seis parâmetros que devem ser seguidos para que os equipamentos mantenham-se funcionando corretamente. São eles: –– Variação de tensão que fica entre +/- 10%; –– Elevação de tensão; –– Alteração da freqüência; –– Transitório impulsivo; –– Afundamento de tensão e interrupção. 4. Alguns distúrbios podem ser os principais causadores de desperdício de energia elétrica, tão necessária para o crescimento de qualquer país, além, é claro, de participar da sustentabilidade do planeta. Outros, se não forem tratados adequadamente, podem ocasionar acidentes que geram perdas de patrimônio e também de vidas humanas, cujo valor é inestimável. 8 Outro fator importante que tem a participação direta de quase todos os distúrbios apresentados é a "perda financeira" pela parada de produção. Os valores deixados de receber por não ser produzido um determinado componente somam-se ao impacto social, da imagem do cliente, entre outros.