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

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Palestra do Prof. Dr. Mário Oleskovicz no E-poti

Published in: Engineering
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E-poti: Análise e Monitoramento da Qualidade da Energia Elétrica

  1. 1. Análise e Monitoramento da Qualidade da Energia Elétrica Prof. Dr. Mário Oleskovicz olesk@sc.usp.br Teresina, 09 de setembro de 2014.
  2. 2. 2 Qualidade da Energia Elétrica  Agenda – Apresentação – Motivação – Introdução – Fenômenos de interesse – Aspectos sobre o monitoramento – Comentários gerais
  3. 3. 3 Qualidade da Energia Elétrica  Apresentação
  4. 4. 4 Escola de Engenharia de São Carlos  Apresentação São Paulo Bauru Ribeirão Preto Lorena Pirassununga Piracicaba São Carlos
  5. 5. 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. 6. 6 EESC/SEL  Apresentação Proteção de Sistemas Elétricos Geração Distribuída Qualidade da Energia Elétrica Planejamento da Operação
  7. 7. 7
  8. 8.  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. 9. 9 Qualidade da Energia Elétrica  Motivação  Análise e monitoramento da QEE: em que parte do SEP?
  10. 10. 10 Qualidade da Energia Elétrica  Motivação  Modelagem do SEP de interesse
  11. 11.  Motivação  11 Qualidade da Energia Elétrica Modelagem do SEP de interesse Alimentador em 34,5 kV Linha de Subtransmissão Carga atendida pela Linha de Subtransmissão
  12. 12. 12 Qualidade da Energia Elétrica  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. 13. 13 Qualidade da Energia Elétrica  Motivação  Sistema de distribuição: falha de motores em oficina mecânica
  14. 14. 14 Qualidade da Energia Elétrica  Sistema de distribuição: vibração de um transformador em um complexo comercial
  15. 15.  Introdução 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.
  16. 16. 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. 17. 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. 18. 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. 19. 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. 20. 20 Qualidade da Energia Elétrica  O que é necessário então?  Padrões de qualidade adequados: definir a real expectativa dos consumidores.
  21. 21. 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.
  22. 22. 22 Qualidade da Energia Elétrica
  23. 23. 23 Qualidade da Energia Elétrica  Indicadores de QEE: Região Nordeste – CEPISA Fonte: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/indicadores_de_qualidade/pesquisaGeral.cfm
  24. 24. 24 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
  25. 25. 25 Qualidade da Energia Elétrica Afundamento de tensão
  26. 26. 26 Qualidade da Energia Elétrica Elevação de tensão
  27. 27. 27 Qualidade da Energia Elétrica Desequilíbrio de tensão
  28. 28. 28 Qualidade da Energia Elétrica 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%)
  29. 29. Qualidade da Energia Elétrica Descargas Atmosféricas Transitório impulsivo
  30. 30. Qualidade da Energia Elétrica 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.
  31. 31. 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).
  32. 32. Qualidade da Energia Elétrica 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 | |
  33. 33. Qualidade da Energia Elétrica 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).
  34. 34. Qualidade da Energia Elétrica 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).
  35. 35. Qualidade da Energia Elétrica Transitório oscilatório Chaveamento de BCs
  36. 36. Qualidade da Energia Elétrica
  37. 37. Qualidade da Energia Elétrica Flutuação de tensão  Flicker observado sobre um sistema trifásico.
  38. 38. 38 Qualidade da Energia Elétrica T e n s ã o [ k V ] Flutuação de tensão oriundas da operação de um laminador
  39. 39. 39 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).
  40. 40. 40 Qualidade da Energia Elétrica Componente fundamental (f = 60 Hz)
  41. 41. 41 Qualidade da Energia Elétrica Distorção harmônica + =
  42. 42. 42 Distorção harmônica + = +
  43. 43. 43 Distorção harmônica + = + +
  44. 44. 44 Distorção harmônica + + + = +
  45. 45. 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.
  46. 46. J1
  47. 47. J2
  48. 48. J3
  49. 49. J4
  50. 50. J5
  51. 51. J6
  52. 52. 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
  53. 53. 55 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.
  54. 54. 56 Qualidade da Energia Elétrica Efeitos da distorção harmônica: decomposição por Fourier
  55. 55. 57 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
  56. 56. 58 Qualidade da Energia Elétrica 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
  57. 57. 59 Qualidade da Energia Elétrica  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.
  58. 58. 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
  59. 59. 61 Qualidade da Energia Elétrica
  60. 60. 62 Qualidade da Energia Elétrica olesk@sc.usp.br Fone: 016 3373 8142 Muito obrigado pela atenção!

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