O documento discute a qualidade da energia elétrica. Aborda porque medir a qualidade da energia elétrica, os custos da má qualidade, as cargas eletrônicas em crescimento, os distúrbios mais comuns e suas causas. Também apresenta conceitos como variações de tensão, distorção harmônica, flutuação e fator de potência.

1. Qualidade de energia elétrica
Considerações Iniciais

2. Porque medir a QEE?

Os equipamentos hoje utilizados são mais sensíveis as
variações na QEE

Interesse pela racionalização da energia elétrica e na
otimização de processos

Maior conscientização dos consumidores em relação aos
fenômenos ligados QEE

Integração dos processos

3. Custos da má QEE



3.000.000
US$ 26 bilhões por ano em danos
e atitudes preventivas (Business
Week, 8 de abril de 1991 )
Paradas no processo
 1 minuto pode ocasionar
prejuízos de até US$ 500 mil
(http://www.engecomp.com.br)
EUA: US$ 15 bi/ano (relatório do
EPRI de julho/01  Eletricidade
Moderna, Ago/2001)
BRASIL: US$ 2 a 3 bi/ano
(Policarpo, 2005)
2.500.000
2.000.000
US$

1.500.000
1.000.000
500.000
0
http://irecusa.org/articles/static/1/inaries/
Thornton%2020ASES %202003Version%202.pdf

4. Cargas Eletrônicas - Crescimento
Potência (GW)
200
Concessionária
Cargas Eletrônicas
150
100
50
0
1960
1970
1980
Ano
http://www.engecomp.com.br
1990
2000

5. 1.400 instalações de oito países
Cintilação (flicker)

Danificação de Equipamentos

Equipamentos de Processamento
de Dados

Sobreaquecimento dos Sistema de
Correção do Fator de Potência

Problemas de chaveamento de
Cargas Pesadas

Problemas com Linhas Longas

Sobreaquecimento do condutor
Neutro


Disparos Intempestivos
Reclamações da Medição da
Concessionária
C
DE
Tipo de Prolema

EPD
SSCFP
PCP
PLL
SN
DI
RMC
0%
5%
10%
15%
20%
Percentual de Problema
Eletricidade Moderna, Jan/2004
25%

6. Causadores dos Distúrbios



Efeitos da Natureza
Concessionária
Consumidor


91% dos cortes de energia elétrica (Estados Unidos) tem
duração inferior a 2 s
85% duração inferior a 200 ms

7. Qualidade de Energia Elétrica
QEE
Qualidade do Serviço
Qualidade do Produto

8. Qualidade do Produto


Variações Curtas de Tensão

IEEE1159
Variações Transitórias da Tensão
Variações Longas de Tensão

Desequilíbrio de Tensão

Distorção da Forma de Onda da Tensão

Flutuação de Tensão

Variações Momentâneas de Freqüência

9. Variações Transitórias de Tensão
Impulsivos ( 50ns ~ 1ms)



5 ns de ascensão
1 ms de ascensão
0,1 ms ascensão
0
-5
I (kA)

-10
-15
-20
-25
0
25
50
75
100
125
150
t( s)
Oscilatórios (0,3ms ~ 50ms)



< 5kHz
5 ~ 500 kHz
0,5 ~ 5 MHz
300
200
somente transitório
tensão do PAC
100
V (V)

0
-100
-200
-300
0.035
0.04
0.045
0.05
t (s)
0.055
0.06
0.065

10. Variações Curtas de Tensão
Instantâneas (0,5 ~ 30ciclos)




X: 0.0542
Y: 404.4
400
X: 0.004204
Y: 311.1
X: 0.1375
Y: 311.1
X: 0.08739
Y: 217.6
200
Momentâneas (30 ciclos ~ 3s)




< 0,1pu
0,1 ~ 0,9pu
1,1 ~ 1,8pu
< 0,1pu
0,1 ~ 0,9pu
1,1 ~ 1,4pu
v (V)

0
-200
Sag
-400
Temporárias (3s ~ 1min)



< 0,1pu
0,1 ~ 0,9pu
1,1 ~ 1,2pu;
Swell
-600
0
0.05
0.1
t (s)
0.15

11. Variações Longas de Tensão
Interrupção
1.4
> 1min
< 0,1pu
1.2



Subtensão



> 1min
0,8 ~ 0,9pu
Sobretensão


> 1min
1,1 ~ 1,2pu;
1
Tensao (%)

0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
t (min)
3
4

12. Desequilíbrios de Tensão
300
0,5 ~ 2%
100
0
va
vb
vc
-100
-200
350
va
vb
-300
0
5
10
t (ms)
15
20
Tensão (V)
Tensão (V)
200
vc
300
250
0
5
10
t (ms)
15
20

13. Distorção da Forma de Onda

Nível CC


0 ~ 0,1%
200
0
Harmônicos


400
0 ~ 20%
-200
-400
0
Inter-harmônicos

0 ~ 2%
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
400
300
entalhe
entalhe


Recortes
Ruídos

0 ~ 1%
Tensão (V)
200
100
0
entalhe
-100
-200
-300
-400
70
entalhe
75
80
85
90
Tempo (ms)
95
100

14. Distorção da Forma de Onda [cont.]
200
250
% Vpico
Tensão(V)
500
0
-250
-500
0
20
40
60
Tempo (ms)
80
100
100
0
-100
-200
0
50
100
150
300
100
X: 60
Y: 311
200
X: 180
Y: 62.05
100
0
0
100
200
% Vpico
Tensão(V)
t (ms)
X: 420
Y: 61.97
300 400
500
Freqüência (Hz)
600
700
X: 60
Y: 100.2
X: 198
Y: 30.07
50
X: 330
Y: 34.92
X: 420
Y: 9.85
0
0
100
200
300
f (Hz)
400
500
600

15. Flutuação de Tensão
400
X: 0.2033
Y: 326.4
300
200
Tensão (V)
0,1 ~ 7%
6 ~ 8Hz
X: 0.1227
Y: 295.6
100
0
-100
-200
X: 0.2106
Y: -295.6
-300
-400
0
X: 0.2968
Y: -326.4
0.1
0.2
Tempo (s)
0.3
0.4

16. Variações na Freqüência

Desequilíbrio entre a geração e a demanda
Faltas no Sistema
Entrada ou Saída
de um grande
bloco de carga

17. Fator de Potência
Tensões e Corrente de Entrada
50
V(V); I(A)
Entrada:
Vpico = 17.0 V
Vrms = 12.0 V
Ipico = 45.1 A
Irms = 26.6 A
ientrada
ventrada
0
-50
0
ieficaz
veficaz
20
40
60
80
100
t(ms)
Tensões e Corrente de Saída
Saida:
Vp = 15.4 V
Vef = 13.4 V
Ip =7.7 A
Ief = 6.7 A
V(V); I(A)
20
isaída
vsaída
10
0
0
ieficaz
veficaz
20
40
60
t(ms)
80
100

18. Fator de Potência [cont.]
1000
P(W); S(VA)
Entrada:
S = 177.3 VA
P = 102 W
FP = 0.575
Potências de Entrada
pentrada
500
pmédia
0
peficaz
-500
0
20
40
60
80
100
t(ms)
Potências de Saída
Saida:
S = 90.5 VA
P = 90.5 W
FP = 1
P(W); S(VA)
150
psaída
100
pmédia
50
peficaz
0
0
20
40
60
t(ms)
80
100

19. Fator de Distorção
40
Corrente (A)
Tensão (V)
35
30
V (V), I (A)
V (V), I (A)
20
0
25
20
15
-20
10
5
66
-40
40
THDV
FDistV
50
60
V22 V32 V42 ...
V1
1
2
V
1 THD
70
t (ms)
80
90
68
70
100
THDI
FDistI
2
I2
72
t (ms)
I 32
74
2
I 4 ...
I1
1
1 THDI2
76

20. FDesl, FDist e FP
Fator de Deslocamento
Fator de Distorção
X
FP
FDesl FDist I
FDistV

21. Estratégia de medição da QEE
Banco de Dados
de Entrada
Análise Ciclo
a Ciclo
Análise por
Período

22. Blocos Lógicos
Análise
Ciclo a
Ciclo
AT
NR <= 4
NT_T
VE
NT_VE
DHT > 5 %
AC
FFT
NT
BDE
AGC
Análise por
Grupo de
Ciclos
FFT_GC
NT_Dist
NT_Freq

23. Cálculo das Notas
10
10
limite
9
8
Nota DHTV
9
Nota DHI V
8
6
Nota
7
6
Nota
7
limite
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
5
10
15
20
Percentual de Distorção
25
30
0
0
0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Desvio do Valor Eficaz (pu)
0.8
0.9

24. Simulação MatLab
V(pu)
1
Grupo 1
0
-1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t(s)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t(s)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t(s)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t(s)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Grupo 2
V(pu)
1
0
-1
Grupo 3
V(pu)
1
0
-1
1
V(pu)
Grupo 4
0
-1

25. Tensão (pu)
Avaliação por Grupo
1
0
Sem Problemas  10
-1
20
Grupo 1
40
60
80
ponto (1..128)
100
120
Tensão (pu)
1.5
1
0.5
0
0
20
30
40
Ordem Harmônico (1..50)
50
Tensão (pu)
10
1
0
-1
-2
Tensão (pu)
Grupo 2
1
0.75
0.5
0.25
0
0
0.1
0.2
0.3
Tempo (s)
50
100
Freqüência (Hz)
150
1
0
-1
0.38
0.4
Tensão (pu)
Tensão (pu)
2
1
0.75
0.5
0.25
0
0
0.39
0.4
Tempo (s)
0.41
Dist = 22%  2,1
Sub = -90%  0,4
Sob = 30%  3,4
50
100
150

26. Avaliação por Grupo [cont.]
Tensão (pu)
2
1
-1
-2
0
Grupo 3
30% 20%
0
0.02
0.04
0.06
Tempo (s)
0.08
0.1
DHI = 30%  0,3
DHT = 36%  0,8
Tensão (pu)
1.5
1
0.5
0
0
100
200
300
400
Freqüência (Hz)
500
600
Tensão (pu)
1
0.5
0
-0.5
-1
0
Grupo 4
0.01
0.02
Tempo (s)
0.03
0.04
f = 59Hz  4,9
Tensão (pu)
1.5
1
0.5
0
0
50
100
150
200
Freqüência (Hz)
250
300

27. Grupo 1 – Simulação
Grupo 1
10
X: 1
Y: 10
Nota do Grupo
Média
8
Grupo 2
6
Nota
Grupo 3
X: 4
Y: 4.9
X: 2
Y: 3.893
4
2
Grupo 4
X: 2
Y: 0.3894
0
1
2
X: 3
Y: 0.2825
3
Grupo
4

28. Tensão (pu)
Máquina de Papel
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
fund  61 Hz
3%  56~66 Hz
DHT=8,1%
DHI=2,4%
0.02
0.04
0.06
Tempo (s)
0.08
0.1
Tensão (pu)
1
0.75
0.5
0.25
0
0
100
200
300
400
Freqüência (Hz)
500
600
SCA04-WEG
220-15%~230+10%187~253V
48~62Hz
u/u=3%

29. Oscilografia Concessionária
Tensão (pu)
2
1
0
-1
-2
0
0.05
0.1
0.15
Tempo (s)
0.2
0.25
Tensão (pu)
1
0.75
0.5
0.25
0
0
50
100
Freqüência (Hz)
150
200

30. Tensão (pu)
Tensão (pu)
Laboratório EPO – UNOESC
1
Trafo 500 kVA a 50%
0
-1
2.13
1
Sob = 4,5%  8,5
DHI = 2,6%  7,3
2.14
2.15
2.16
2.17
Tempo (s)
2.18
2.19
1,045
0.5
0,02
0
0
100
200
300
Freqüência (Hz)
400
500