Suportabilidade de equipamentos eletrodomésticos frente a

Suportabilidade de equipamentos
eletrodomésticos frente a
distúrbios de qualidade da energia
elétrica
O que é?
Diz respeito à tolerância dos equipamentos frente a
distúrbios da qualidade da energia elétrica
fornecida.
Contexto e importância:
•
Consumidor
Equipamentos cada vez mais sensíveis às variações na forma de onda da
tensão fornecida, principalmente os que possuem controles baseados em
microprocessadores e dispositivos eletrônicos.
•
Distúrbios na qualidade da energia podem causar má operação, redução da vida
útil e até queima dos equipamentos dos consumidores.
Contexto e importância:
Concessionária
• Conflito entre consumidores e concessionárias.
• Disseminação do conhecimento dos direitos do consumidor, que tem, cada
vez mais, considerado a energia elétrica como um direito, ao invés de um
produto. Mesmo interrupções sem grandes consequências geram muitas
reclamações de consumidores.
Contexto e importância:
Concessionária
• Número de pedidos de ressarcimento aumentou muito nos últimos anos,
seja eles de boa ou má fé.
• Aumento alarmante de indenizações pagas pela concessionária.
Contexto e importância:
Concessionária
• A concessionária muitas vezes, opta por pagar
as despesas para evitar desgaste perante o
público consumidor.
Contexto e importância:
Concessionária
• Dificuldade em avaliar a consistência dos pedidos de ressarcimento.
Normalmente baseados em laudo técnico de uma assistência autorizada,
que sugere uma possível origem para o defeito.
Contexto e importância:
Concessionária
• Ausência de registros das grandezas elétricas associadas com a maioria
das ocorrências e, tampouco, processos sistematizados que permitam
correlacionar os fenômenos com os padrões de suportabilidade dos
produtos.
Tipos de suportabilidade
• Suportabilidade dielétrica
• Suportabilidade térmica
Os impactos de tensão devem ser analisados à luz da suportabilidade
dielétrica e os relacionados com a corrente devem ser comparados com
a suportabilidade térmica correspondente [2].
Curva de suportabilidade
As curvas de suportabilidade estabelecem os níveis de tensão ou corrente que,
estatisticamente, apresentam alta probabilidade de ocasionar danos físicos nos
aparelhos eletroeletrônicos.
Porém, ainda são extremamente embrionárias e não oferecem, até o momento,
a confiabilidade desejada.
Confiabilidade das curvas de suportabilidade
As dificuldades detectadas envolvem questões como:
• diversidade de fabricantes de produtos similares
•
inexistência de normas a serem atendidas
• tempo de uso dos produtos.
Curva de suportabilidade
● Caso o fenômeno ocorrido na rede conduza a valores de tensão ou corrente abaixo da curva
indicada, então se tem uma condição operacional sem riscos probabilísticos de danos.
Curva de suportabilidade
● Todavia, caso o distúrbio tenha conduzido a um ponto acima da curva, isto
poderá ocasionar uma eventual falha do produto.
Região 1:
● Transitórios impulsivos de alta frequência que tipicamente ocorrem a
partir da incidência de descargas atmosféricas .
Pode ser descrita matematicamente como:
Região 2:
•
Transitórios oscilatórios de baixa frequência (duração característica de aproximadamente ¼
ciclo), até elevações de tensão com amplitudes de até 100% acima da tensão nominal RMS
com duração do distúrbio de 30 ciclos.
Pode ser descrita matematicamente como:
Região 3:
Esta região caracteriza as tolerâncias em regime permanente, com
aplicação de uma tensão eficaz constante máxima de 10% acima do valor
nominal por um período indefinido de tempo.
Suportabilidade dielétrica
Limite máximo de tensão suportada pelo equipamento dado uma
certa duração, acima do qual a capacidade de isolamento do
aparelho seria violada, causando danos ao mesmo.
Curva CBEMA
● Conceito de suportabilidade surgiu no final da
década de 70, a partir de estudos feitos por
Thomas Key.
● A curva CBEMA fornece os limites de
tolerância para computadores frente aos
distúrbios de tensão no sistema elétrico.
CURVA ITIC
•
A curva ITIC é uma revisão e modificação da
curva CBEMA.
•
Caracteriza melhor a sensibilidade de outros
equipamentos eletroeletrônicos (e não somente
dos computadores).
•
É utilizada como referência pela maioria das
publicações relacionadas ao tema.
Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica
Ensaio de caráter destrutivo, onde aplica-se
valores de tensão e verifica-se o tempo decorrido
até que a suportabilidade dielétrica do
equipamento ser ultrapassada, ocasionando
danos.
O valor da tensão aplicada e o tempo decorrido
até a ocorrência do dano no equipamento é um
ponto da curva (Tensão x tempo) .
Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica
● Discretização do período de duração do distúrbio.
● Cálculo de um indicador que represente o efeito
cumulativo da tensão para cada instante
equação ao lado:
através da
Ar Condicionado
Condição: Sobretensões moderadas ( em
torno de 540 V)
Duração: 48 - 80 s.
Condição: Sobretensões extremas ( em torno
de 1,8 kV)
Duração: 8 - 44 ms.
Ar Condicionado: Suportabilidade dielétrica
Outros eletrodomésticos
Aparelho de som
* Apenas obtenção de pontos da curva de suportabilidade dielétrica.
Aparelho de Som
Suportabilidade térmica
Limite máximo de corrente suportada pelo equipamento dada certa
duração, acima do qual os limites térmicos do aparelho seriam
violados causando danos ao mesmo.
Obtenção da Curva de suportabilidade térmica
i(t): valor instantâneo da corrente (A), responsável pela dissipação da energia térmica máxima
admissível pelo equipamento.
TD: intervalo de tempo (s), durante o qual o equipamento foi submetido ao esforço de corrente.
J: energia máxima admitida pelo equipamento.
Obtenção da Curva de suportabilidade térmica
A constante TD é obtida observando-se a forma de
onda da corrente no equipamento, sendo
contabilizada como o intervalo de tempo decorrido
desde a ocorrência do valor de pico da corrente até
a ocorrência do dano no equipamento.
Neste exemplo (aparelho de som):
TD = 9,38 μs
I = 4,58 kA
Obtenção da Curva de suportabilidade térmica
Eleva-se os valores instantâneos da corrente no
equipamento ao quadrado.
A energia máxima suportada pelo equipamento é
obtida calculando-se a área demarcada na figura.
Neste exemplo (aparelho de som):
J = 69,69 A2s
•
O instante da ocorrência do pico máximo é o
limite inferior, sendo considerado como t = 0.
•
TD é o limite superior da integral.
Obtenção da Curva de suportabilidade térmica
Após conhecido o valor da constante J, basta obter para cada espaço de
tempo de exposição aos esforços o correspondente valor de corrente pela
fórmula abaixo:
Obtenção da Curva de suportabilidade térmica
Curvas de suportabilidade térmica de alguns equipamentos
[10]
Causa típica de distúrbios
Distúrbio
Causa típica
Sobretensões e subtensões
Descargas atmosféricas, partida de grandes motores,
transitórias
manobras de chaveamento na rede de distribuição, etc.
Sobretensões e subtensões
Falhas no sistema de distribuição, variações bruscas de carga,
momentâneas
disfunções nos equipamentos da concessionária.
Interrupção ou subtensão
sustentada
Excessivo carregamento do sistema elétrico, grandes
variações de cargas, disfunções nos equipamentos da
concessionária.
[5]
Descargas atmosféricas
• Intensidade da corrente do raio pode variar entre
2 e 200 kA, com duração na faixa de dezenas de
microsegundos.
• Geram ondas de sobretensão que podem se
propagar pela rede de distribuição e causar
danos em equipamentos eletroeletrônicos.
.
[1]
Descargas atmosféricas
• O valor médio da corrente de surto que atinge uma
unidade consumidora em baixa tensão está entre 1,2
a 5 kA.
•
Esse valor é excedido em apenas 15% dos casos
• A probabilidade de ocorrência de uma corrente com
valor superior a 25 kA na entrada do consumidor numa
localidade com altas incidência de raios é de 1
ocorrência a cada 4115 anos.
.
[1]
Efeitos dos distúrbios
• acionamento indevido de relés
• mau funcionamento de equipamentos sensíveis
• distorções em equipamentos de medição
• interrupção do fornecimento de energia.
• entres outros
Tudo isto resulta em efeitos econômicos não desprezíveis, acarretando em prejuízos tanto
às concessionárias quanto aos consumidores.
Efeito dos distúrbios : Afundamento de tensão
Condição: 60% da tensão nominal com duração de 10 ciclos
• a corrente solicitada pelo televisor se anula,
permanecendo nesta condição por quase toda
a duração do fenômeno.
• ocorre um pico de corrente de cerca de 7
vezes o valor nominal quando a tensão é
restabelecida.
• condição de regime permanente restabelecida
após alguns ciclos.
Televisor
Efeito dos distúrbios: Interrupção de tensão
Condição: Interrupção com duração de 10 ciclos.
• a corrente solicitada pelo televisor se anula,
permanecendo nesta condição por toda a
duração do fenômeno.
• ocorre um pico de corrente de cerca de 9
vezes o valor nominal quando a tensão é
restabelecida.
• condição de regime permanente
restabelecida após alguns ciclos.
Televisor
Efeito dos distúrbios: Elevação de tensão
Condição: 120% da tensão nominal com duração de 10 ciclos
•
nos instante da elevação ocorre um pico de
corrente de cerca de 8 vezes o valor
nominal.
•
ao término da perturbação a corrente se
anula por alguns ciclos, assumindo os
valores de regime permanente em seguida.
•
condição de regime permanente
restabelecida após alguns ciclos.
Televisor
Efeito dos distúrbios: Transitórios oscilatórios
Condição: transitório oscilatório com duração menor que ¼ ciclo.
• ocorre um pico de corrente de cerca de 11
vezes o valor nominal em reposta à elevação
súbita na tensão de fornecimento
• ao término da perturbação a corrente se anula
por alguns ciclos, assumindo os valores de
regime permanente em seguida.
• condição de regime permanente restabelecida
Televisor
após alguns ciclos.
Televisor - Suportabilidade dielétrica
[2]
Televisor - Suportabilidade térmica
Televisor: Suportabilidade à Sobretensão
Condições: frequência 60 Hz, tensão aumentada gradativamente até o equipamento apresentar algum
dano(ensaio destrutivo - pontos da curva de suportabilidade dielétrica).
Tensão
(pu)
tempo
(s)
Televisor
Danos na fonte de alimentação: dano por estresse térmico
(fusível queimado) e por estresse dielétrico (capacitor
estourado).
1,9
1,00
PHILCO USADA DE 14”
2,0
0,78
PHILCO USADA DE 20”
1,9
0,27
PHILIPS USADA DE 20”
2,0
0,50
TOSHIBA USADA DE 29”
1,9
0,28
PHILIPS NOVA DE 21”
Televisor: Suportabilidade à Descargas atmosféricas
Condições:
• impulso de tensão (1,2 μs para atingir o valor máximo,
diminuindo aos 50 μs à metade do valor de pico).
• impulso de corrente (8 μs para atingir o valor máximo,
diminuindo aos 20 μs, à metade do valor de pico).
Televisor - Suportabilidade à Descargas atmosféricas
Tensão
(VMÁX)
Corrente
(A)
tempo
(µs)
Televisor
3862
3080
6,76
LG USADA DE 20”
3980
3340
7,25
PHILLIPS NOVA DE 21”
5287
2990
11,1
PHILLIPS NOVA DE 29”
2800
3142
12,0
TV PHILLIPS USADA DE
29”
4665
3942
11,38
PANASONIC NOVA DE
29”
Danos na fonte de alimentação: fusível foi um
componente danificado em todos os ensaios
realizados e em apenas um caso a chave Power
danificada (Panasonic).
Televisor - Outras referências
Tipo de estudo
Resultados
Referência
Transitórios impulsivos de tensão 0,5 a 6 kV
Danos a partir de 4 kV
[6]
Distorção harmônica e interharmônicos
Sensibilidade na qualidade da imagem e
aquecimento de componentes internos
[7]
Afundamentos de tensão
Sensibilidade para afundamentos abaixo
de 0,4 pu com duração superior a 5 ciclos
[8]
Afundamentos de tensão
Disfunções para afundamentos abaixo de
0,2 pu com duração superior a 10 ciclos
[9]
Computador
suportabilidade dielétrica (com e sem estabilizador)
Computador
suportabilidade térmica (com e sem estabilizador)
Computador
Componentes mais danificados:
Outros eletrodomésticos
Máquina de lavar
• Maior sensibilidade às distorções harmônicas de
tensão: interrupção do processo de centrifugação.
Outros eletrodomésticos
Refrigerador
• Maior sensibilidade a afundamentos e
interrupções momentâneas de tensão.
• Em relação à interrupções momentâneas suporta
até 7 ciclos sem desligar.
Outros eletrodomésticos: Conclusões
•
A análise da suportabilidade dos eletrodomésticos é ainda muito subjetiva, faltam
métodos e padrões mais elaborados.
•
Existe grande dificuldade em se definir os limites de suportabilidade de um
eletrodoméstico, pois os resultados variam muito e dependem de vários fatores,
sendo difícil a obtenção resultados conclusivos.
•
Comparações entre os limites de suportabilidade de diferentes eletrodomésticos
tem pouco significado.
Referências
[1] TAVARES, CARLOS E., Uma estratégia para análise técnica de pedidos de ressarcimento de danos a consumidores. 2008. 181 f. Tese (Doutorado em
Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, Maio de 2008.
[2] ÁVILA, CLAUDINEI J., Curvas de suportabilidade dielétrica e térmica para televisores integradas ao APR e ao banco de dados da CEMIG Distribuição
S.A. 186 f. Dissertação (Mestrado em Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, 2012.
[3] MARTINS, ELDÉCIO ANTÔNIO, Elaboração de Curvas de Suportabilidade para Microcomputadores e Estudo de Desempenho de Dispositivos
Mitigadores para Subsidiar os PID’s, Uberlândia, MG. UFU, Tese de Mestrado - 2012.
[4] BORGES, JONMIL MARQUES, Desenvolvimento de uma metodologia para análise de ressarcimento de aparelhos de som, associados aos distúrbios
na rede elétrica da CEMIG. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, 2012.
[5] MIELCZARSKI, W. Quality of electricity supply in competitive electricity markets. In: III CONGRESSO LATINO AMERICANO DE DISTRIBUIÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA (CONLADIS), 3., 1998, São Paulo. Anais... São Paulo, set. 1998.
[6] SMITH, STHEPHEN B. AND STANDLER, RONALD B., “The Effects of Surges on Eletronic Appliances”, IEEE Transation on Power Delivery, vol. 7, pp.
1275 – 1282, julho de 1992.
[7] FUCHS, E. F., ROESLER, D. J. E KOVACS, K. P., “Sensibility of Eletrical Appliances to Harmonics and Fractional harmonics of the Power Systems
Voltage. Part: Television sets, Induction Wathour and Universal Machines”, IEEE Transaction on Power Delivery, vol. PWRD-2,, pp. 1275 – 1282, abril de
1987.
Referências
[8] TAVARES, C. E., Modelagem e análise de desempenho de equipamentos eletroeletrônicos diante de distúrbios de qualidade da energia. Uberlândia,
MG. UFU, Dissertação de Mestrado - Maio, 2004.
[9] OLIVEIRA, HERMES R. P. M. et al. Sensibilidade de equipamentos eletrodomésticos submetidos a afundamentos de tensão. XVIII SNPTEE (
Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica). 16 a 21 de Outubro de 2005, Curitiba, Paraná.
[10] GONDIM, ISAQUE N. Contribuição para o aplicativo APR: Novos limites de suportablidade, perturbações via medições e sistematização no
processo da configuração da rede elétrica. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Agosto, 2012.
[11] MENDONÇA, MARCUS V. B.. Contribuição ao processo computacional para análise de pedidos de indenização por danos em equipamentos
elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Março, 2010.
[12] REZENDE, PAULO H. O.. Uma proposta de modelagem de condicionadores ar split visando a análise de pedidos de ressarcimento por danos
elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, 2012.
FIM