A Necessária Integração dos Indicadores de Qualidade de Energia e Aspectos de Eficiência Energética
1. A Necessária Integração dos
Indicadores de Qualidade de Energia
e Aspectos de Eficiência Energética
Eng. Jose Starosta; MSc
jstarosta@acaoenge.com.br
2. Qualidade da Energia Elétrica - Starosta 2
Está associada a uma grande variedade de
fenômenos eletromagnéticos que caracterizam a
tensão e corrente em um determinado instante,
em um determinado local, em um sistema de
potência(*)
Qualquer problema no suprimento da energia,
verificado por desvios de tensão, corrente ou
frequência, que resulta em falha ou má operação
da carga/equipamento alimentado (**)
(*) IEEE Std1159
(**)Adaptação de Dugan e outros
QUALIDADE DE ENERGIA:
3. PROPOSTA:
• Avaliar as condições de operação e principais indicadores de
TODOS os barramentos de uma instalação.
• Aspectos a serem avaliados: variáveis relativas a qualidade
de energia e eficiência energética.
Alguns Indicadores Propostos
A. Regulação de tensão (regime permanente) e
aspectos de eficiência energética
B. Fator de Potência:
C. Harmônicos de Tensão (DTT)
D. Desequilíbrio de tensão: FD% (V-/V+)
E. Flutuação de tensão. PltS95%
F. Variação de tensão de curta duração (VTCD)
G. Transientes
H. Frequência
5. 𝑅𝑡 = (𝑉0−𝑉𝐿)/𝑉𝐿 (𝑉𝑟𝑒𝑓)
𝑉0 é a tensão de operação “sem carga”
𝑉𝐿 é a tensão de operação “em carga”
• IEC 61000-3 recomenda 𝑉𝑟𝑒𝑓 como Vnom
• IEEE 1100: O grau de controle ou estabilidade da tensão
eficaz em situação de carga (normalmente especificado a
outros parâmetros como variações de tensão na entrada,
variações de carga, etc)
• Instalações atuais possuem cargas variáveis e
comportamento da tensão da mesma forma.
• E a eficiência da instalação? Qual o comportamento geral?
Regulação de tensão
7. 60 segundos
Perfil de carga “nervoso” – energia reativa + Harmônicas
Espectro das Harmônicas da carga
Avaliação de P e Q
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
hora
kW/kVAr
P
Q1
Qinj
Q2
8. QUALIDADE DE ENERGIA E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
• V=f(Q) – Pico de potencia reativa - afundamento de tensão.
– TAP dos trafos ajustados para tensões acima das nominais;
situações transitórias.
• P=f(V) – se Vregime>>Videal Pconsumida>Pótima
• Compensação reativa adequada pode:
– Evitar afundamentos evitando ajuste de TAPs em tensões
superiores
– Redução da circulação de correntes (fundamentais e
harmônicas) reduzindo as perdas no cobre na proporção do
quadrado da redução destas correntes
• Em outras palavras: Obtenção de EE devido a operação em
tensões adequadas e redução da circulação das correntes
9. Redução do TAP em 10 % com comp reat – Medições e simulações
10. Comportamento da Potência Ativa em
função do ajuste de tensão em projeto
DESCRIÇÃO POTÊNCIA DIFFERENCE
SEM COMPENSAÇÃO E ANTES DA REDUÇÃO
DOS TAPS
9.706MW
COM EQ55MVAR E DEPOIS DA REDUÇÃO DO
TAP (-2.5%)
9.965MW +2.67%
COM EQ55MVAR E DEPOIS DA REDUÇÃO DO
TAP(-5%)
9.447MW -2.67%
COM EQ55MVAR E DEPOIS DA REDUÇÃO DO
TAP (-7.5%)
8.969MW -7.59%
COM EQ55MVAR E DEPOIS DA REDUÇÃO DO
TAP (-10%)
8.378MW -13.68%
11. Aspectos das harmônicas nas Instalações
Elétricas
• Cargas não lineares são necessárias à operação confiável e
econômica das instalações elétricas e automação dos processos.
• Por sua característica de operação estas cargas (inversores de 6
pulsos/12 pulsos/etc) produzem correntes harmônicas.
• A circulação das correntes harmônicas nos componentes das
instalações elétricas produzem tensões harmônicas e outros
impactos/perdas.
• Compensação de energia reativa com a inserção de capacitores
definem uma frequência de ressonância, que se estiver próxima as
frequências das correntes típicas das cargas não lineares, causará
ressonância harmônica.
• A ressonância harmônica é caracterizada pelo aumento da circulação
de corrente na rede e nos capacitores, e por consequência no
aumento da distorção de tensão a valores não aceitáveis causando
má operação, queima de componentes e acidentes. (*)
(*) ver: O milagre da multiplicação dos amperes – O Setor Elétrico – Nov/2010
http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/jose-starosta/483-o-milagre-da-multiplicacao-dos-
amperes-aspectos-de-ressonancia-harmonica-parte-i.html
12.
13. Harmônicas - Como surgem as tensões harmônicas?
carga
Distr.
carga carga carga carga carga
zd
ztr
zcirc
ztr ztr
Ih Ih
U1
U2 U3
Ihtr
U1
U2 U3
U0
Ih1
Ih0
Uh0=Zd*Ih0 Uh1=Uh0+ztr*Ih1
U1.1
Uh1.1=Uh1+zcirc*Ihtr Uh2=Uh1.1+ztr*Ih
“Pela circulação das correntes harmônicas através das impedâncias das instalações”
U0
14. E o fluxo da potencia reativa? Fator de Potência?
carga
Distr.
carga carga carga carga carga
U1
U2 U3
“Quanto mais próximo for a compensação reativa da carga;
menores serão as perdas”
15. VTCD - AFUNDAMENTOS:
INTERNOS OU EXTERNOS? É SEMPRE A CONCESSIONÁRIA?
80%
90%
100%
Voltage
First Event
First Event Second Event
Second Event
16. Análise multiponto
Análise temporal e de propagação
•Time synchronization allows time delay analysis
0.1 Sec/Div
80%
90%
100%
Voltage
First Event
20. Qualidade da Energia Elétrica - Starosta 20
“SÓ SE GERENCIA AQUILO QUE SE PODE
MEDIR”
• Qual o comportamento da carga e fonte
• Existem filtros? Como? Quais?
• O que fazer?
• Medição é adequada? Você esta medindo o que?
22. Proposta:
• Nem sempre (ou quase nunca) o comportamento das V.E. no
“QGBT” é semelhante aos dos quadros de distribuição ou terminais;
da mesma forma e evidentemente em transformadores que
alimentem distintas cargas.
• Consideração de não somente quais seriam os limites aceitáveis e
não aceitáveis, mas a definição de valores relativos entre estes
limites de forma a se ranquear o comportamento destes indicadores
em graus de qualidade, conferindo ao barramento analisado uma
visão geral de comportamento e a qualidade de alimentação das
cargas em período a ser definido conforme conveniência.
• A proposta considera:
– Definir a monitoração contínua de variáveis elegíveis nos
diversos barramentos da instalação
– Definir escala de valores relativos entre os aceitáveis e os não
aceitáveis como ponderadores da qualidade e variáveis
elétricas; e como foco principal.
– Definir uma metodologia de avaliação e gestão das
variáveis elétricas (V.E.) dos barramentos das instalações;
perseguindo a melhoria continua nos moldes da ISO 50.001
23. Alguns Benefícios
• Identificação de efeitos devido às intervenções em
determinado barramento da instalação que esteja
impactando o comportamento de outros.
• Compatibilidade entre fontes, cargas e filtros em analise
qualitativa.
• Análise de confiabilidade operacional e recorrência de
paradas.
• Aspectos de manutenção preditiva, identificando desvios de
comportamento das variáveis.
• Garantias de operação das cargas com alimentação em
limites adequados sob os aspectos de eficiência energética.
• Melhor entendimento sobre as responsabilidades das fontes
(distribuidoras) e interferências internas
• Traduzir as ocorrências em métricas normalizadas (0 a
100%).
24. Ponderações propostas
regulação de tensão Ponderação:
0,93.Uref<=Umed<=1,05.Uref: 10
0,9.Uref<=Umed<0,93.Uref: 7,5
Umed<0,9Uref ou Umed>1,05Uref: 5
Umed<0,85Uref ou Umed>1,07Uref: 2,5
fator de potência Ponderação:
100%>FP>99%: 10
98%>FP>95%: 7,5
95%>FP>92%: 5
FP<92% 2,5
THDV ou DTT Ponderação:
DTT<3% 10
3%<DTT<6% 7,5
6%<DTT<10% 5
DTT>10% 2,5
A discutir casos e especiais ou THDI
Alternativa: Avaliação de EE em
relação a tensão; neste caso
Uideal<Umed<Uideal*1,02
frequência Ponderação:
60,1> f >59,9 10
60,5> f >59,5 7,5
56,5> f > 66 5
fora dos intervalos 2,5
25. Transientes Ponderação:
Sem transientes 10
Transientes de pouca importância 7,5
Transientes acima de 3 pu (forma de onda) 5
Transientes que causam falha na operação 2,5
VTCD Ponderação
Sem registro de VTCD 10
VTCD < 1 ciclo 7,5
1 ciclo<VTCD<3 segundos – momentâneas 5
VTCD> 3 segundos - temporárias ou Interrupção 2,5
Cintilação Ponderação
PltS95%<0,8 pu 10
0,8<PltS95%<1,6 pu 7,5
1,6pu<PltS95%<2 pu 5
PltS95%>2 pu 2,5
Ponderações propostas (II)
28. indicador valor típico medido ponderação
RT 0,92 7,5
FP 0,85 2,5
DTT 2,5% 10
FD 2,2% 5
PltS 2 5
VTCD Sem registro 10
Transientes Sem registro 10
0
2.5
5
7.5
10
RT
FP
DTT
FDPltS
VTCD
Transientes
ponderação
Ações corretivas:
• É possível se aplicar uma
só ação corretiva para
soluções de Fator de
potencia; regulação de
tensão, desequilíbrio e
cintilação.
• Contudo a correção pode
interferir na distorção de
tensão e mesmo nos
transientes.
29. AÇÕES CORRETIVAS
As ações corretivas podem especificar um ou mais
equipamentos para a correção dos indicadores em
função das avaliações (medições) e da própria
instalação. Foi desenvolvida lista de aplicações de
equipamentos aplicados em instalações industriais
e grandes prédios comerciais para a mitigação de
problemas de qualidade da energia.
Ver mitigação dos problemas de QE – revista O Setor Elétrico
http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/jose-starosta/1625-
mitigacao-dos-problemas-de-qualidade-da-energiaacoes-corretivas.html
30. soluções
Dispositivo/Descrição Aplicação Trans. Ruídos Corte de
tensão
.............
1-Transformadores
Isoladores
Redução de ruído de modo
comum
A A PA
2-Filtros de alta
frequência
Atenuação de interferência
eltmg cond. e ruídos de alta
freq (modos comum ou
diferencial)
PA A NA
16-
.................................
31. Continuam valendo as leis
de OHM!!!!!
• Retificadores de frequência
• Eliminadores de harmônicas
• Filtros baseados em
nanotecnologias
• Circuitos de aterramento de
harmônicas
• Impedância zero entre rede e
aterramento
• ....................................................
Ver: “A eletrotécnica Aviltada” – Revista o Setor Elétrico – Janeiro 2016
http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/jose-starosta/1906-a-
eletrotecnica-aviltada.html
32. Distr.
carga carga carga carga carga
U1
U2 U3
U0
0
2.5
5
7.5
10
RT 0,92
FP 0,85
DTT 2,5%
FD 2,2%PltS 2
VTCD Sem
registro
Transientes
Sem registro
0
2.5
5
7.5
10
RT 0,89
FP 0,85
DTT 4,0%
FD 2,2%PltS 2
VTCD 1
Transientes
sem registro
Exemplo de aplicação
33. Após intervenção
Distr.
carga carga carga carga carga
U1
U2 U3
U0
0
2.5
5
7.5
10
RT 0,94
FP 0,92
DTT 2,0%
FD 1,0%PltS 1
VTCD Sem
registro
Transientes
Sem registro
0
2.5
5
7.5
10
RT 0,95
FP 0,96
DTT 3,0%
FD 1,0%PltS 1
VTCD sem
registro
Transientes
sem registro
42. Conclusões:
• Os indicadores de qualidade de energia em instalações elétricas
não podem ser avaliados independentemente, mas sim de forma
inter-relacionada e ao longo da instalação (analise horizontal e
vertical).
• As ações corretivas podem incrementar a ponderação de mais de
um indicador simultaneamente, ou de forma inversa a melhoria de
uma variável pode incorrer em prejuízo a outras, (correção de
fator de potencia e ressonância harmônica)
• Foi apresentado um modelo de avaliação simultânea de diversos
indicadores de qualidade de energia, adequado às necessidades
de diversos tipos de instalações. A situação desejável considera
os indicadores todos acima da ponderação 5 e análise de ações
corretivas.
43.
44. Eng José Starosta
site: www.acaoenge.com.br
email: jstarosta@acaoenge.com.br
Ação Engenharia e Instalações Ltda
11-38836050
MUITO OBRIGADO
