Introdução - Laboratório de Gestão de Energia

Qualidade de Energia
Introdução
Conceitos fundamentais
Humberto Jorge
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
MEEC - Qualidade de Energia
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Introdução
• O que se entende por Qualidade de Energia
Eléctrica
• A Importância crescente deste tema e sua
complexidade
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Transformações no sector eléctrico
•
•
•
•
•
•
•
•
Liberalização do sector a nível mundial
Peso crescente das questões ambientais
Desenvolvimento de novas tecnologias de geração
Incerteza associada aos novos investimentos
Aumento da complexidade no controlo dos SEE
Alteração da natureza das cargas
Maior exigência dos processos.
Maior exigência dos clientes
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O produto electricidade
– Não pode ser armazenado – é produzido ao
mesmo tempo que é consumido.
– Consumidores diferentes têm exigências de
qualidade de serviço diferentes
– A qualidade pode ser afectada pelo fornecedor,
pelo distribuidor ou pelo cliente
– A rede de distribuição tem um forte impacto na
qualidade da electricidade
– São frequentes e imprevisíveis os acidentes
com forte impacto na qualidade
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O que é a qualidade no produto energia?
• Continuidade de serviço (Fiabilidade)
• Ausências de interrupções
• Qualidade da onda
•
•
•
•
Amplitude constante com valor nominal
Frequência constante
Sistema de tensões equilibrado e simétrico
Formas de onda sinusoidais
• Qualidade comercial
• Atendimento (presencial ou telefónico)
• Informação disponibilizada (Contratos, opções,
serviços, reclamações, facturação, etc)
• Padrões para a qualidade comercial
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Alteração da natureza das cargas
• Desde o início do século até 70’s
– Sector em permanente expansão e Sem grandes
problemas com a Qualidade de Energia
– Cargas robustas e pouco poluidoras
• Cargas lineares: resistivas, indutivas e capacitivas
• Não Lineares: fornos a arco, transformadores …
• Após década de 70
• Aparecimento do transístor (tiristor) e electrónica de potência
• Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras
• Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras
da qualidade de energia
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Na perspectiva da qualidade
• Desde o início do século até 70’s
– Qualidade mais ou menos adequada às necessidades
dos consumidores.
• Após década de 70
– Qualidade passa a ser altamente crítica para as
empresas com tecnologias avançadas
– Maior exigência no mercado de energia, clientes com
necessidades diferenciadas e muito específicas
– Segmentação do mercado, cada cliente necessita de um
produto específico
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Alteração da natureza das cargas
• As cargas actuais são baseadas em dispositivos
electrónicos sensíveis
• Estes elementos vieram permitir o uso mais
eficiente da electricidade e o controlo mais preciso
sobre os processos
• Simultaneamente trouxeram perturbações muito
significativas à qualidade de energia
• Os novos dispositivos são um dos principais
causadores de muitos dos problemas e as maiores
vitimas da falta de qualidade
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Alteração da natureza das cargas
• O cenário de proliferação tem vindo a agravar-se
continuamente, segundos estimativas recentes, em
2003 cerca de 60% de toda a energia eléctrica
produzida será consumida por cargas não lineares
(80% em 2010)
• Em alguns sectores, como os serviços, este valor é
já hoje muito próximo dos 100%
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Maior exigência de qualidade
• A exigência de energia eléctrica com qualidade constitui
um factor importante para a competitividade e
sobrevivência de muitos sectores produtivos.
• Os sectores mais críticos são os das indústrias de processo
contínuo, as empresas da área das tecnologias da
informação.
• A interligação das redes e o uso de dispositivos de rearme
automático desempenham um papel importante, ao evitar
os cortes de longa duração.
• Os cortes de muito curta duração (micro-cortes), devido
aos inúmeros fenómenos a que as linhas de T&D estão
sujeitas, são muito difíceis de evitar.
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Percepção das causas
Vizinhos
8%
Outros
3%
< Pelo consumidor
Consumidor
12%
Distribuidor
17%
Naturais
60%
Consumidor
25%
Vizinhos
8%
Outros
0%
Pelo distribuidor >
Distribuidor
1%
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Naturais
66%
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A Perspectiva do Distribuidor
• A qualidade da energia eléctrica é factor crucial na
competitividade da maior parte das actividades económicas
• Intensificação da atitude pró-activa na resolução dos
problemas específicos do consumidor
• O número de consumidores com necessidades acrescidas tem
aumentado significativamente nos últimos anos
• A resolução dos problemas da energia nas instalações com
elevada fiabilidade deve envolver o consumidor, o fabricante
/fornecedor dos equipamentos e o distribuidor
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Influência das redes de distribuição
• O esforço na electrificação do país (anos 70)
deixou marcas que ainda hoje dificultam uma
melhor qualidade de energia
– Pouca selectividade nas saídas das subestações
(separação de zonas industriais das zonas urbanas, das semiurbanas e rurais)
–
–
–
–
–
Saídas de média tensão demasiado extensas
Poucos pontos de telecomando
Redes de baixa tensão com comprimentos elevados
Quantidade significativa de redes nuas
Desajuste entre a localização do PT e respectivo centro
de cargas
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Perturbações na Qualidade de Energia
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Conceitos Fundamentais
• Termos
• Definições
• Indicadores de QE
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Características da EE
• A electricidade é uma forma de energia
particularmente flexível e adaptável
• As características mais importantes da tensão de
alimentação são:
– A frequência
– A amplitude
– A forma de onda
• Contrariamente aos produtos correntes, a
utilização da electricidade é um dos principais
factores que influenciam a variação das suas
características
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Tipos de perturbações na QE
• Algumas perturbações:
–
–
–
–
–
–
–
Oscilações da frequência;
Cavas de tensão;
Tremulação (flicker);
Desequilíbrio da tensão;
Sobretensões transitórias;
Tensões harmónicas;
Interrupções (curtas ou longas)
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Perturbações na QE
• Oscilações da frequência
– É uma característica de difícil controlo,
depende da manutenção do equilíbrio entre a
produção e o consumo
– Nas redes fortemente interligadas, as variações
de frequência são pouco frequentes
– Nas redes isoladas as variações de frequência
são frequentes
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Perturbações na QE
• Cavas de tensão
– Diminuição brusca da tensão para valores entre
90% e 1% do valor nominal. A maior parte das
cavas de tensão dura menos de 1 minuto e tem
uma amplitude inferior a 60%
• As Causas mais frequentes são os defeitos e as
manobras na rede, as anomalias nas instalações dos
consumidores, a ligação/desligação de cargas
importantes
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Perturbações na QE
• Tremulação (flicker)
– Impressão de instabilidade da sensação visual
provocada por flutuações da tensão
• As tensões inter-harmónicas, as manobras na rede,
os incidentes e as variações das cargas são alguns
dos motivos
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Perturbações na QE
• Desequilíbrio da tensão
– Quando os valores eficazes das tensões nas
fases ou as desfasagens entre tensões de fases
consecutivas, num sistema trifásico, não são
iguais.
• Origem na má distribuição das cargas numa rede de
distribuição, ou quando estamos em presença de
significativas cargas monofásicas.
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Perturbações na QE
• Tensões harmónicas
– Tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo
inteiro da frequência fundamental da tensão.
• A deformação na forma de onda da tensão é originada
pela circulação de correntes absorvidas por certos
equipamentos
• As cargas não lineares crescem todos os dias e já
existem sectores onde a percentagem já se aproxima
dos 100%.
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Perturbações na QE
• Sobretensões transitórias
– Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração
e em geral fortemente amortecida e com uma
duração máxima de alguns milissegundos.
• Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas,
nas manobras na rede e na fusão de fusíveis
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Perturbações na QE
• Interrupções (curtas ou longas)
– São devidas a vários factores: casos fortuitos ou
de força maior, razões de interesse público,
razões de serviço, razões de segurança, factos
imputáveis aos consumidores, etc.
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Transitório de baixa frequência
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Transitório de baixa frequência
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Interrupção momentânea (micro-corte)
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Cava de tensão causada por CC FT
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Cava de tensão causada por arranque
de motor
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“Sobretensão” momentânea
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“Desequilibro de tensão”
(Alimentador residencial)
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Forma de onda da corrente e o
espectro de harmónicos de um VEV
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“Flicker” causado pela operação de
um forno de arco
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Custo das soluções reparadoras
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Curvas CBEMA
(Computer Business Equipment Manufacturers Association)
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Curvas CBEMA
(Computer Business Equipment Manufacturers Association)
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Curvas CBEMA
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Continuidade de serviço
Indicadores do Sistema de Produção
• Disponibilidade por grupo
• Indisponibilidade Não Planeada por grupo
• Disparos por Grupo Gerador referidos a 7000h
• Taxa de Sucesso de Arranques - grupos térmicos
• Taxa de Sucesso nas Mudanças de Estado - grupo
hídricos
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Continuidade de serviço
Indicadores do Sistema de Transporte
• Energia não Fornecida (ENF)
• Tempo de Interrupção Equivalente (TIE)
• Tempo Médio de Reposição de Serviço do Sistema
(SARI)
• Frequência Média de Interrupção de Serviço do
Sistema (SAIFI)
• Duração Média das Interrupções do Sistema
(SAIDI)
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Continuidade de serviço
Indicadores do Sistema de Distribuição
• Alta tensão
– SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de
interrupções por cliente do sistema
– SAIDI (horas/ano) - Duração média anual das
interrupções num cliente do sistema
– CAIDI (horas/interrupção) - Duração média de uma
interrupção ou tempo médio de reposição do serviço
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Continuidade de serviço
Indicadores do Sistema de Distribuição
• Média tensão (valores zonais)
– SAIFI (interrupções/ano) - Frequência média de
interrupções por cliente do sistema
– SAIDI (horas/ano) - Duração média das interrupções
num cliente do sistema
– CAIDI (horas/interrupção no cliente) - Tempo médio de
reposição do serviço
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Continuidade de serviço
Indicadores do Sistema de Distribuição
• Média tensão (por centro de distribuição)
– TIEMT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em
média Tensão (minutos)
– NIEMT - Número de Interrupções Equivalentes a partir
da Potência Instalada em PT
• Baixa tensão
– TIEBT próprio - Tempo de Interrupção Equivalente em
baixa Tensão (minutos)
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