universidade estadual do oeste do paraná - Unioeste

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ – UNIOESTE
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIENCIAS EXATAS
CAMPUS DE FOZ DO IGUAÇU
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ANÁLISE DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA
NO EDIFÍCIO DE PRODUÇÃO DA ITAIPU BINACIONAL
JESSICA MARQUES BINOTTO
FOZ DO IGUAÇU - PR
2013
JESSICA MARQUES BINOTTO
ANALISE DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA
NO EDIFÍCIO DE PRODUÇÃO DA ITAIPU BINACIONAL
Trabalho de conclusão de curso apresentado
ao Colegiado do curso de Engenharia Elétrica
da Universidade Estadual do Oeste do
Paraná, como parte dos requisitos para
obtenção do título de Engenheira Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. Marcos Fonseca Mendes
FOZ DO IGUAÇU
2013
Este trabalho é dedicado a minha mãe, pelo
exemplo que sempre foi e será em minha
vida.
AGRADECIMENTOS
Agradeço à minha família pelo eterno apoio em todos os momentos difíceis,
mostrando-me sempre as opções, mas indicando o melhor caminho a seguir.
Agradeço aos professores, desde os primeiros anos de escola, pela paciência e
dedicação demandadas por nós alunos.
Agradeço ao professor Marcos Mendes, pela orientação prestada neste trabalho.
Agradeço ao Engenheiro Jacson Arnhold pela supervisão, pelo apoio técnico e
mais que isso, por todo o aprendizado de vida que sempre se preocupou em me
passar.
Agradeço aos técnicos Rodrigo Blosfeld e Walter Farias pela imensurável ajuda,
sem a qual não seria possível a realização deste trabalho.
Agradeço por fim, aos meus amigos, pelo companheirismo e pelas palavras de
conforto sempre que precisei.
RESUMO
BINOTTO, Jessica Marques (2013). Análise da qualidade de energia elétrica no
Edifício de Produção da Itaipu Binacional. Monografia de trabalho de Conclusão de
Curso (Graduação) – Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual do Oeste do
Paraná – UNIOESTE, Foz do Iguaçu, 2013.
Este trabalho consiste na análise da qualidade da energia elétrica no “Edifício de
Produção” da Usina Hidrelétrica de Itaipu. Para conhecer a qualidade de energia do
edifício, foram realizadas medições dos aspectos que a descrevem: tensão em regime
permanente, fator de potência, harmônicas de tensão, desequilíbrio de tensão,
flutuação de tensão, variação de tensão de curta duração e frequência. Os valores
obtidos nas medições foram então comparados aos limites segundo regulamenta o
Prodist. Para as medições foi utilizado um analisador de qualidade de energia. Segundo
as medições, dois aspectos mantiveram-se fora dos limites adotados em um dos
quadros medidos. O trabalho é finalizado sugerindo uma possível solução para resolver
os problemas encontrados.
Palavras-chave: qualidade de energia elétrica, aspectos de qualidade de energia
elétrica.
ABSTRACT
BINOTTO, Jessica Marques (2013). Análise da qualidade de energia elétrica no
Edifício de Produção da Itaipu Binacional. Monografia de trabalho de Conclusão de
Curso (Graduação) – Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual do Oeste do
Paraná – UNIOESTE, Foz do Iguaçu, 2013.
This monograph consists in the analysis of the power quality in the “Production Building”
of the Itaipu Hydroelectric Power Plant. To know the power quality of the building,
measurements of the aspects that describes the power quality were made. The
analyzed aspects are: steady state voltage, power factor, voltage harmonics, voltage
unbalance, voltage fluctuation, voltage variation of short duration and frequency. The
values obtained from the measurements were then compared to its respective limits
according Prodist. To perform the measures was used a power quality analyzer.
According to the measurements two aspects didn´t comply the limits adopted. The work
is finalized suggesting a possible solution to solve the problems found.
Key-words: power quality, power quality aspects.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Triângulo Clássico de Potência. ...........................................................................................17
Figura 2 - Tetraedro de potência por Budeanu (1927). .......................................................................20
Figura 3 - Variação no fluxo luminoso resultante de uma variação de tensão. ...............................23
Figura 4 - Quadros de iluminação e de tomadas de equipamentos de informática alimentados
com frequência de 60 Hz. ........................................................................................................................29
Figura 6 - Ligação do Fluke 435-II em um sistema trifásico. ..............................................................31
Figura 7 – Tensão entre as fases B e C do quadro de iluminação QL10052-0. .............................34
Figura 8 – Tensão no quadro de iluminação entre as fases b e c QL10053-0................................35
Figura 9 – Fator de potência da fase B do quadro QL10052-0. ........................................................36
Figura 10 - Fator de potência da fase A do quadro QL10053-0. .......................................................37
Figura 11 – Distorção harmônica total da fase A do quadro QL10052-0. ........................................38
Figura 12 – Distorção harmônica total da fase C do quadro QL10053-0. ........................................39
Figura 13 – Fator de desequilíbrio de tensão entre as fases do quadro QL10052-0. ....................40
Figura 14 – Desequilíbrio de tensão entre as fases do quadro QL10053-0. ...................................40
Figura 15 – Flutuação de tensão na fase C do quadro QL10052-0. .................................................41
Figura 16 – Flutuação de tensão na fase A do quadro QL10053-0. .................................................42
Figura 17 – Onda de tensão do quadro QL10052-0 em um evento de variação de curta duração.
......................................................................................................................................................................43
Figura 18 – Frequência do quadro QL10052-0. ...................................................................................44
Figura 19 – Frequência no quadro QL10053-0. ...................................................................................44
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação das Variações de Tensão de Curta Duração. ......................... 24
Tabela 2 - Tempo que a frequência pode permanecer com valor diferente da frequência
nominal do sistema. ....................................................................................................... 26
Tabela 3 - Valores de referência para os aspectos que descrevem a qualidade de
energia elétrica segundo o Prodist (2012). ..................................................................... 27
Tabela 4 - Número de computadores por divisão do 2º piso. ......................................... 30
Tabela 5 - Quantidade de lâmpadas no 2º piso alimentadas pelo QL10052-0............... 30
Tabela 6 - Quadro de cargas do quadro QL10052-0...................................................... 51
Tabela 7 - Quadro de cargas do quadro QL10053-0...................................................... 52
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
DRC – Duração relativa da transgressão de tensão crítica
DRP – Duração relativa da transgressão de tensão precária
DTT – Distorção harmônica total de tensão
FP – Fator de potência
Prodist – Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico
Nacional
Pst – Severidade de curta duração
QEE – Qualidade de energia elétrica
TC – Transformador de corrente
TP – Transformador de tensão
VTCD – Variação de tensão de curta duração
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO
12
1.1
Descrição do Problema
12
1.2
Justificativa
13
1.3
Objetivos
14
2
2.1
2.2
3
MATERIAIS E MÉTODOS
Qualidade de energia
15
15
2.1.1
Tensão em regime permanente
16
2.1.2
Fator de Potência
17
2.1.3
Harmônicos
18
2.1.4
Desequilíbrio de tensão
20
2.1.5
Flutuação de tensão
22
2.1.6
Variações de tensão de curta duração
23
2.1.7
Variação de frequência
25
Qualidade de energia do Edifício de Produção
27
2.2.1
Normas e valores de referência
27
2.2.2
Definição dos procedimentos de medição
28
2.2.3
Instrumentos de medição
30
RESULTADOS
33
3.1
Medições realizadas
33
3.2
Análises dos resultados obtidos
33
3.3
3.2.1
Análise da tensão em regime permanente
34
3.2.2
Análise do Fator de Potência
35
3.2.3
Análise das distorções harmônicas de tensão
38
3.2.4
Análise do desequilíbrio de tensão
39
3.2.5
Análise da flutuação de tensão
41
3.2.6
Análise das variações transitórias de curta duração
42
3.2.7
Análise da frequência
43
Soluções dos problemas
45
4
CONCLUSÕES
46
5
REFERÊNCIAS
47
ANEXO A – Quadro de carga dos quadros QL10052-0 e QL10053-0.
51
12
1 INTRODUÇÃO
1.1 Descrição do Problema
O Edifício de Produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu é alimentado pelo serviço
auxiliar da usina. Isso significa que uma pequena parte da produção da energia gerada
por Itaipu alimenta o Edifício de Produção.
As cargas do Edifício de Produção podem ser vistas como cargas típicas de
escritórios de Engenharia, o que se resume a vários computadores e lâmpadas
fluorescentes. O que não era verdade há anos atrás, já que quando a usina foi
construída, por exemplo, a carga de computadores era mínima em relação à dos dias
de hoje.
Com o avanço da tecnologia houve uma mudança no perfil das cargas elétricas.
Junto a isso há uma preocupação em tornar os sistemas elétricos mais confiáveis e por
isso há um momento de preocupação não só com o fornecimento da energia, mas
também com a qualidade dela.
A qualidade da energia elétrica (QEE) é descrita por sete aspectos, segundo os
Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional (Prodist),
são eles: tensão em regime permanente, fator de potência, harmônicos, desequilíbrio
de tensão, flutuação de tensão, variações de tensão de curta duração e variações de
frequência.
A QEE é de interesse do consumidor já que seus equipamentos podem ser
afetados. Por exemplo, equipamentos elétricos alimentados eletronicamente, como
computadores, são sensíveis a variações de tensão de curta duração, e ao mesmo
tempo responsáveis pelo baixo fator de potência.
Surgiu então a necessidade de se conhecer a qualidade da energia elétrica do
Edifício de Produção.
13
1.2 Justificativa
Este trabalho se justifica pela necessidade de conhecer a QEE do Edifício de
Produção. Esta necessidade existe já que o Edifício de Produção vai passar por uma
reforma geral, onde revestimentos, móveis e também o sistema de serviço auxiliar
elétrico serão trocados. Portanto quadros de força, sistema de iluminação e tomadas
serão alterados. Diante dessa mudança surgiu o questionamento sobre a qualidade da
energia do Edifício, pois se alguma mudança for necessária, ela deve ser feita
preferencialmente na fase de projeto.
14
1.3 Objetivos
O objetivo deste trabalho é a análise da qualidade de energia no Edifício de
Produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu.
Para chegar ao objetivo final, os tópicos a seguir apresentam os objetivos
específicos do trabalho:
- Pesquisar os aspectos que descrevem a qualidade de energia elétrica, sendo
eles: tensão em regime permanente, fator de potência, harmônicos, desequilíbrio de
tensão, flutuação de tensão, variações de tensão de curta duração e variação da
frequência, de acordo com o Prodist (2012).
- Definir um procedimento para medição da qualidade de energia do Edifício de
Produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu, os aparelhos utilizados e as normas a serem
seguidas.
- Analisar os valores obtidos nas medições e comparar com os valores de
referência das normas adotadas.
- Descrever as soluções aplicáveis para os problemas de maior relevância
encontrados no Edifício de Produção.
15
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Qualidade de energia
Segundo Dugan et al, (2004, p. 3, tradução nossa) a falta de QEE pode ser
definida como “qualquer desvio manifestado na tensão, corrente ou frequência que
resulte em falha ou operação incorreta do equipamento consumidor”.
Os problemas de QEE são causados, principalmente, por equipamentos elétricos
ditos não lineares. Apesar de eles estarem submetidos a uma tensão senoidal, a forma
de onda da corrente tem distorções. Retificadores de potência e controladores de
potência para chuveiros são exemplos de cargas não lineares (BERNARDES, 2003).
Outro exemplo de cargas não lineares são as lâmpadas fluorescentes. Elas são
muito utilizadas atualmente devido à alta luminosidade e economia. Entretanto, verificase um comprometimento na qualidade da energia nos sistemas aos quais essas
lâmpadas estão ligadas: observa-se o surgimento de harmônicas (TORRES et al,
2009).
Atualmente,
existem
equipamentos
bastante
sensíveis
aos
distúrbios
relacionados à QEE. As fontes chaveadas, por exemplos, são responsáveis por injetar
harmônicos na rede e ao mesmo tempo sensíveis à falta da QEE.
A QEE é normatizada pelos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica
no Sistema Elétrico Nacional – Prodist. A Agência Nacional de Energia Elétrica – Aneel
reuniu várias referências nesse documento. Atualmente, o Prodist é dividido em nove
módulos e uma cartilha e tem o objetivo de normatizar e padronizar as atividades
técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de
energia elétrica (RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 469/2011). O módulo do Prodist que
estabelece os procedimentos relativos à QEE é o oitavo. Sua última revisão foi
aprovada pela revisão normativa 469/2011.
Segundo o Prodist (2011), existem sete aspectos que caracterizam a QEE, são
eles: tensão em regime permanente, fator de potência (FP), harmônicos, desequilíbrio
de tensão, flutuação de tensão, variações de tensão de curta duração e variações de
frequência. Esses sete aspectos serão explanados a seguir.
16
2.1.1 Tensão em regime permanente
Segundo o Prodist (2011) existe um limite para as variações de tensão para
consumidores atendidos em tensão nominal igual ou inferior a 1 kV e outro para
consumidores atendidos em tensão maior que 1 kV e menor que 69 kV. Além disso,
existe ainda outro limite para a tensão entre concessionárias de energia elétrica.
A tensão em regime permanente contratada por consumidores atendidos em
tensão nominal igual ou menor a 1 kV é a tensão nominal do sistema.
São estabelecidas as seguintes tensões de atendimento: adequadas, precárias e
críticas de acordo com a variação da tensão. Para consumidores atendidos em tensão
nominal de 220 V uma tensão é considerada adequada quando situada entre 201 e 231
V. Se a tensão atingir valores superiores a 231 V e menores que 233 V, ela é
considerada precária da mesma forma para valores entre 189 e 201 V. Já a tensão de
atendimento crítica é considerada aquela, que para uma tensão nominal de 220 V,
assuma valores superiores a 233 V ou inferiores a 189 V (PRODIST, 2011).
A tensão deve ser medida, segundo a norma brasileira, com instrumentos digitais
com taxas de amostragem determinadas de 16 amostras/ciclo e a precisão deve ser de
1 % da leitura. O conversor analógico/digital deve ser de 12 bits.
As medições devem ser feitas no ponto de conexão entre concessionária e
consumidor. A tensão entre todas as fases e entre todas as fases e o neutro devem ser
medidas. Necessitam-se de 1008 leituras, feitas em intervalos consecutivos de 10
minutos cada (PRODIST, 2011).
A Aneel é responsável por fiscalizar as tensões fornecidas pelas concessionárias
aos consumidores. Esta fiscalização é feita através de indicadores individuais. Existem
dois indicadores: o da Duração Relativa da Transgressão de Tensão Precária – DRP; e,
o da Duração Relativa da Transgressão de Tensão Crítica – DRC. O valor máximo
permitido do DRP é 3% e do DRC é 0,5% (PRODIST, 2011).
A DRP é dada pela razão entre o número de leituras caracterizadas como
precárias e o número total de medições. Enquanto a DRC é dada pela razão entre o
número de leituras caracterizadas como críticas e o número total de medições.
17
A tensão fora dos limites considerados como adequados pode ser explicada por
dois principais fatores: o aumento de carga consumidora e a falta de manutenção no
sistema elétrico. O aumento de carga acontece devido ao crescimento demográfico
natural em determinado ramal distribuidor. Além disso, consumidores antigos podem
aumentar sua carga além do contratado com a concessionária sem comunicação
nenhuma. Ou seja, a demanda aumenta sem a devida previsão e projeto.
2.1.2 Fator de Potência
Segundo Mamede (2001, p. 176) “o fator de potência pode ser definido como a
relação entre o componente ativo da potência e o valor total desta mesma potência”. O
fator de potência (FP) é adimensional, já que é dado pela razão entre dois valores de
mesma unidade.
O FP é calculado utilizando as potências medidas a partir da Equação 1
mostrada abaixo (PRODIST, 2011).
√
(1)
onde: P é a Potência Ativa e Q a Potência Reativa.
Para cargas lineares, o FP também pode ser definido como sendo igual ao
cosseno do ângulo
de acordo com a Figura 2.
Figura 1 - Triângulo Clássico de Potência.
FONTE: (LENZ, 2008).
onde: S é a Potência Aparente, P é a potência Ativa e Q é a Potência Reativa.
18
Segundo o Prodist (2011) em unidades consumidoras com tensão inferior a 230
kV o FP no ponto de conexão usuário/concessionária deve estar entre 1 e 0,92, indutivo
ou capacitivo, considerando que uma carga indutiva consome energia reativa enquanto
uma carga capacitiva fornece energia reativa ao sistema.
Às unidades consumidoras que tiverem seus FP inferior a 0,92 indutivo ou
capacitivo são aplicadas as cobranças estabelecidos nos artigos 96 e 97 da Resolução
414/2010 da Aneel. Essa resolução estabelece as condições gerais de fornecimento de
energia (ANEEL, 2010).
O FP ideal é igual a uma unidade, isto significa que a carga consome somente
energia ativa, que é a que realiza o trabalho. Porém o FP pode ter seu valor diferente 1,
devido principalmente a computadores, lâmpadas fluorescentes, transformadores
operando a vazio e capacitores ligados nas instalações das unidades consumidoras no
período da madrugada (COPEL, 2001).
Os efeitos do baixo FP são: solicitação de uma corrente maior para alimentar
uma carga com a mesma potência ativa e aumento das perdas devido ao aquecimento
dos condutores. Como efeito secundário do baixo FP, tem-se o aumento na queda de
tensão, pois com o aumento da corrente as perdas nos condutores são maiores. Ou
seja, se o FP for unitário, a tensão de alimentação é a mesma que a da carga,
entretanto com um FP menor que uma unidade, para a mesma tensão na carga a
tensão de alimentação deve ser maior.
2.1.3 Harmônicos
Um harmônico é um sinal senoidal, cuja frequência é múltiplo inteiro da
frequência fundamental (PROCOBRE, 2001).
Os harmônicos no sistema elétrico são causados pelas cargas não lineares. No
Edifício de Produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu podem ser encontradas cargas não
lineares, como por exemplo: fontes chaveadas nos computadores, controladores de
iluminação (dimmers) e lâmpadas fluorescentes.
Esses dispositivos de eletrônica de potência têm em seus circuitos diodos,
transistores e tiristores. Esses componentes funcionam em dois estados: condução e
19
bloqueio. Ou seja, ora permitem a passagem de corrente, ora a bloqueia. Devido aos
momentos de interrupção, a tensão deixa de ser senoidal. (MARQUES, HADDAD E
MARTINS, 2006).
Segundo o Prodist (2011) as distorções causadas na tensão ou na corrente
devido aos harmônicos são mensurados através da Distorção harmônica total de
tensão (DTT). A DTT é calculada através da Equação 2 abaixo. Para consumidores
com tensão nominal inferior a 1 kV essa distorção não pode ser superior a 10%.
√∑
(2)
onde:
é a tensão fundamental do sinal,
é a tensão harmônica de ordem
e
é a ordem harmônica máxima.
Para fins de cálculo da DTT,
deve ser no mínimo 25 (PRODIST, 2011).
Sinais com distorções harmônicas devem ser medidos com instrumentos de valor
eficaz verdadeiro (PROCOBRE, 2001). Esses instrumentos são analisadores numéricos
onde os sinais analógicos medidos são convertidos em uma sequência de valores
numéricos. O algoritmo do instrumento utiliza, geralmente, a Transformada de Fourier
para calcular as amplitudes e fases das harmônicas encontradas. A partir disso pode-se
calcular a DTT (SCHNEIDER ELECTRIC e PROCOBRE, 2003).
O efeito dos harmônicos pode ser percebido nas máquinas elétricas rotativas de
corrente alternada e nos transformadores. Os componentes harmônicos na tensão são
responsáveis pelas perdas no circuito magnético. Já os componentes harmônicos na
corrente elevam as perdas no circuito elétrico. Nas máquinas rotativas o aumento das
perdas de uma forma geral, reduzem a eficiência e o torque disponível (DECKMANN e
POMILIO, 2006).
Outro efeito das harmônicas é a alteração do fator de potência. O FP de um sinal
senoidal é dado pelo clássico triângulo de potência. Desta forma, em sinais lineares, o
FP é o cosseno de
potência é alterado.
. Porém, no caso da participação das harmônicas o fator de
20
Existem várias teorias de como as distorções harmônicas alteram o FP,
entretanto não há um consenso sobre qual é a mais adequada. O tetraedro de
potências, formulado por Budeanu, talvez por sua simplicidade, é o mais usado
atualmente (STAROSTA, 2010). A Figura 1 abaixo ilustra de que forma a componente
referente às harmônicas altera o ângulo o FP, fazendo com que esse seja igual a
cosseno de .
Figura 2 - Tetraedro de potência por Budeanu (1927).
FONTE: (STAROSTA, 2010).
onde: Q é a Potência Reativa; S a Potência Aparente; P a Potência Ativa; H a
componente harmônica;
harmônica;
o ângulo do fator de potência sem a componente
o ângulo do fator de potência com a componente harmônica; e,
o
deslocamento angular devido à componente harmônica.
É possível perceber, a partir da Figura 2, que a componente harmônica faz com
que o ângulo do fator de potência seja maior, ou seja, torna o FP menor.
2.1.4 Desequilíbrio de tensão
O Desequilíbrio de tensão é medido através dos componentes simétricas de um
sistema elétrico. As componentes simétricas podem ser de sequência positiva, negativa
ou zero. Os valores de sequência positiva estão presentes durante condições trifásicas
equilibradas. Já os de sequência negativa medem a quantidade de desbalanço do
21
sistema. Enquanto as grandezas de sequência zero estão associadas a condições de
desbalanço em relação à terra (SEL, 2011).
Em um sistema trifásico balanceado, na sequência de fase positiva, a diferença
angular entre a tensão de cada fase é de 120º. Sendo a fase A a referência, com
ângulo zero, a fase B com ângulo de -120º e a fase C com ângulo de 120º. Um sistema
com desbalanço ou desequilíbrio de tensão é aquele que têm módulo de tensão
desigual entre fases ou defasagem diferente de 120º entre fases (PEREIRA, LIMA e
CANHA, 2009).
Segundo o Prodist (2011) o cálculo do desequilíbrio de tensão percentual FD% é
feito através da Equação 3.
(3)
onde:
é a magnitude da tensão de sequência negativa,
é a magnitude da tensão
de sequência positiva.
As componentes simétricas podem ser medidas através de transformadores de
tensão (TC). A componente de sequência negativa é medida com a conexão de dois
TPs entre as fases A e B e B e C. A componente de sequência positiva é medida
através de dois TPs entre as fases A e C e C e B. Já a de sequência zero é medida
através de três TPs conectados em Y-Delta. As tensões de linha obtidas através das
medições dos TP são manipuladas matematicamente para obtenção das componentes
simétricas (SEL, 2011).
Ainda de acordo com o Prodist (2011), o desequilíbrio de tensão percentual
também pode ser calculado utilizando a Equação 4. Essa equação garante o mesmo
resultado da Equação 3. Entretanto, utilizam-se as tensões de linha, já que nem sempre
se conhece as tensões de sequência positiva e negativa.
√
√
√
(4)
22
Sendo:
(
onde:
é a tensão de fase eficaz entre as fases
entre as fases
e
e
(5)
)
e ,
é a tensão eficaz entre as fases
é a tensão de fase eficaz
e .
As origens do desequilíbrio de tensão estão basicamente nos sistemas de
distribuição. As cargas monofásicas distribuídas de forma desigual entre as fases de
uma alimentação trifásica, curto nos enrolamentos de transformadores e atuação de
dispositivos de proteção causam desequilíbrio de tensão (STAROSTA, 2012a).
Entre os problemas causados em motores, devido ao desequilíbrio de tensão,
destaca-se a redução do rendimento da máquina devido ao aumento das perdas no
cobre do estator e do rotor e nas perdas no ferro (MACHADO, 2008). Além disso, se o
desequilíbrio de tensão for significativo, os relés de proteção podem atuar (REZENDE e
SAMESIMA, 2012).
Segundo o Prodist (2011), o desequilíbrio de tensão percentual deve ser igual ou
inferior a 2%. Já segundo o Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) em
sua norma 446/1995, o FD% deve ser inferior a 2,5%.
2.1.5 Flutuação de tensão
Segundo Macedo (2009, p. 64) “as flutuações de tensão podem ser definidas
como variações repetitivas ou esporádicas do envelope da onda de tensão”. A principal
consequência da flutuação de tensão é a cintilação luminosa. Essa cintilação é
caracterizada pela variação da intensidade luminosa produzida por uma lâmpada
(HANZELKA e BIEN, 2006).
Segundo Deckmann e Pomilio (2010), o olho é capaz de perceber a variação
luminosa de uma lâmpada a partir de uma variação brusca de tensão de 0,2% da
tensão nominal. Se essa variação for repetida constantemente ou então for maior que
0,2%, esta percepção torna-se incômoda ao ser humano. A Figura 3 ilustra como uma
23
pequena variação na tensão provoca uma grande variação no fluxo luminoso de uma
lâmpada.
Figura 3 - Variação no fluxo luminoso resultante de uma variação de tensão.
FONTE: (HANZELKA e BIEN, 2005).
A Aneel segue as recomendações da norma 61000-4-15 da International
Electrotechnical Commission (IEC) para normatizar a flutuação de tensão. Segundo a
IEC 61000-4-15 a flutuação de tensão é quantificada através da medição e análise da
cintilação luminosa por meio de algoritmos que simulam a reação filamento-olhohumano a variações de fluxo luminoso por meio de uma variável chamada Severidade
de curta duração (Pst). A Pst deve ser inferior a 1%.
A flutuação de tensão em indústrias é causada principalmente por fornos a arcos
(STAROSTA, 2012b). Em residências e comércios, os principais responsáveis pela
flutuação de tensão são os compressores de ar, chuveiros e fornos elétricos
(DECKMANN e POMILLIO, 2010).
2.1.6 Variações de tensão de curta duração
A Variação de Tensão de Curta Duração (VTCD) é um evento no qual o valor
eficaz da tensão sofre um desvio por um curto intervalo de tempo. A VTCD refere-se à
tensão entre fase e neutro.
24
A tensão pode variar para valores maiores ou menores em relação ao valor
nominal. Quanto à duração, a VTCD pode ser momentânea ou temporária. Desta forma,
as variações de tensão estão divididas em: interrupção momentânea de tensão,
afundamento momentâneo de tensão, elevação momentânea de tensão, interrupção
temporária de tensão, afundamento temporário de tensão, elevação temporária de
tensão (PRODIST, 2011). Essa classificação é mostrada na Tabela 2 abaixo.
Tabela 1 - Classificação das Variações de Tensão de Curta Duração.
Classificação
Denominação
Duração da Variação
Amplitude da tensão
(valor eficaz) em relação
à tensão de referência
Interrupção
Momentânea de
Tensão
Inferior ou igual a três
segundos
Inferior a 0,1 p.u.
Variação
Afundamento
Superior ou igual a um
Momentânea Momentâneo de ciclo e inferior ou igual a
de Tensão
Tensão
três segundos
Elevação
Superior ou igual a um
Momentânea de ciclo e inferior ou igual a
Tensão
três segundos
Variação
Temporária de
Tensão
Superior ou igual a 0,1 e
inferior a 0,9 p.u
Superior a 1,1 p.u.
Interrupção
Temporária de
Tensão
Superior a três segundos
e inferior ou igual a três
minutos
Afundamento
Temporário de
Tensão
Superior a três segundos
Superior ou igual a 0,1 e
e inferior ou igual a três
inferior a 0,9 p.u
minutos
Elevação
Superior a três segundos
Temporária de e inferior ou igual a três
Tensão
minutos
FONTE: (PRODIST, 2011).
Inferior a 0,1 p.u.
Superior a 1,1 p.u.
Para medir a VTCD é necessário conhecer o valor eficaz da tensão verdadeiro,
calculado a partir da média quadrática dos valores instantâneos da tensão. Esses
valores devem ser medidos em no mínimo meio ciclo e no máximo um ciclo (MAIA,
2011). A medição das variações de tensão devem ser feitas com grande taxa de
amostragem, já que é um fenômeno transitório.
25
As principais causas da variação de tensão, segundo Martinho (2009), são a
energização e desenergização de cargas elevadas, curto circuitos entre fase e terra e
dispositivos de regulação de tensão.
Os efeitos da VTCD são falhas em equipamentos devido à falta de tensão de
alimentação, reinicialização de controladores e acionamento de relés de subtensão.
2.1.7 Variação de frequência
A variação da frequência de um sistema é o desvio no valor da frequência
fundamental, no caso do Brasil, 60 Hz.
A causa da variação de frequência está relacionada ao desequilíbrio entre carga
e geração. Quando o sistema está em equilíbrio, a potência gerada é igual à potência
consumida. Caso ocorra um brusco aumento na carga, a geração será inferior à carga.
Desta forma, a carga adicional será suprida pela energia cinética das massas girantes
do sistema, já que a inércia dos geradores não permite que a geração aumente
instantaneamente. Ao utilizar-se a energia cinética das massas girantes, a velocidade
de rotação das máquinas diminui e, consequentemente, a frequência também (VIEIRA,
1984).
Da mesma maneira, caso ocorra uma brusca diminuição na carga, causada pela
queda de uma linha de transmissão, por exemplo, a geração será maior que a carga.
Então a frequência será maior que a nominal, até que o equilíbrio entre carga e geração
seja atingido novamente (VIEIRA, 1984).
Segundo o Prodist (2011) em condições normais de operação do sistema a
frequência deve estar entre 59,9 e 60,1 Hz. A frequência deve retornar a faixa de 59,5
Hz e 60,5 Hz, caso saia dessa faixa, em até 30 segundos para permitir a recuperação
do equilíbrio carga-geração.
Caso seja necessário um corte de geração ou de carga, a frequência tem um
tempo
máximo
para
permanecer
em
determinados
valores,
visando
o
reestabelecimento do equilíbrio carga-geração. A Tabela 2 indica esses valores e o
tempo máximo permitido em que o sistema pode operar com aquela frequência
(PRODIST, 2011).
26
Tabela 2 - Tempo que a frequência pode permanecer com valor diferente da frequência nominal
do sistema.
Tempo que pode
permanecer
59,9 Hz ≤ f ≤ 60,1 Regime permanente
F > 66 Hz
Não pode
f > 62 Hz
30s
f > 63,5 Hz
10 s
f < 58,5 Hz
10s
F < 57,5 Hz
5s
f < 56,5 Hz
Não pode
FONTE: (PRODIST, 2011).
Frequência (f)
As variações de frequência são pouco percebidas pelos consumidores
residências e comerciais, já que sistemas interligados, como é o brasileiro, operam
sincronizados e suas capacidades de absorção das variações de carga se somam.
Desta forma, uma grande variação de carga é dividida entre os geradores ligados ao
sistema. A energia cinética que atenderá essa variação será dividida entre todos os
geradores com reserva girante, de forma proporcional as suas capacidades
(DECKMANN e POMILIO, 2010).
Entretanto, indústrias que possuem grandes cargas, como motores ligados ao
seu sistema, podem perceber a variação de frequência no momento de partida dos
mesmos, devido à alta corrente solicitada nesse momento.
As medições de frequência através de instrumentos digitais são feitas através de
uma contagem de ciclos por um determinado tempo. Por exemplo, se o sinal a ser
medido for de 60 Hz, em 0,1 segundos são contados 6 ciclos. Então o display
apresenta essa contagem com um fator de multiplicação de 10. Como a frequência
pode mudar constantemente, apenas uma amostra não é o suficiente (BRAGA).
27
2.2 Qualidade de energia do Edifício de Produção
O Edifício de Produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu está situado no meio da
barragem principal na cota 144. O Edifício tem sete pavimentos, sendo uma cobertura e
um térreo.
O Edifício pode ser visto como um escritório de Engenharia, tendo como
principais cargas computadores, impressoras e lâmpadas. Em cada andar do edifício
existe uma copa, onde há uma geladeira, um forno microondas, uma chapa elétrica e
um exaustor. Além disso, cada andar do edifício conta com salas de reuniões, alguma
delas com dimmers.
A QEE será medida a partir de amostras. As seções a seguir explicam de que
forma essas amostras foram obtidas.
2.2.1 Normas e valores de referência
Os valores de referência adotados são apresentados na Tabela 3 abaixo. Os
motivos da escolha do ponto de medição serão apresentados abaixo.
Tabela 3 - Valores de referência para os aspectos que descrevem a QEE segundo o Prodist
(2011).
Aspecto
Adequada
Precária
Crítica
189 V ≤ T < 201 V
T < 189 V ou
ou 231 V ≤ T <
T > 233 V
233 V
Tensão em regime
permanente
201 V ≤ T ≤ 231 V
Fator de potência
0,92 < FP< 1
-
-
Harmônicos
THD ou DTT ≤ 10%
-
-
Desequilíbrio de Tensão
FD ≤ 2%
-
-
Flutuação de tensão
Pst < 1 %.
-
-
Variação de tensão de
curta duração
-
-
-
28
Variação de frequência
59,9 Hz ≤ F ≤ 60,1 Hz
-
-
2.2.2 Definição dos procedimentos de medição
A usina hidrelétrica de Itaipu tem 20 unidades geradoras, sendo que 10 unidades
operam na frequência utilizada no Brasil, 60 Hz e 10 unidades operam na frequência
utilizada no Paraguai, 50 Hz.
O Edifício de Produção á alimentado com tensão em 60 Hz e 50 Hz. Isto significa
que metade das cargas do Edifício são alimentadas por quadros com frequência de 50
Hz e a outra metade é alimentada por quadros com frequência de 60 Hz. As medições
deste trabalho serão feitas nos quadros alimentados por tensão com frequência de 60
Hz.
Os quadros de iluminação e toamdas CLF-15 e CLF-16 e o quadro CLF-18, de
tomadas de equipamentos de informática são alimentados com frequência de 60 Hz,
como ilustra a Figura 4. Os quadros CLFs estão localizados na cota 142.
29
Figura 4 - Quadros de iluminação e de tomadas de equipamentos de informática alimentados
com frequência de 60 Hz.
O quadro CLF-15 alimenta os quadros de iluminação do térreo ao 3º piso,
enquanto o quadro CLF-16 alimenta os quadros de iluminação do 3º ao 6º piso. Já o
quadro CLF-18 alimenta os quadros de equipamentos de informática do 1º ao 5º piso.
Como as cargas são típicas, optamos por medir um quadro de iluminação e um
quadro de tomadas de equipamentos de informática do 2º piso. Escolhemos o 2º piso
por ser um andar que tem todas as cargas básicas, sem a reprografia como o primeiro
piso, ou a sala de informática como o terceiro piso.
Além disso, com o objetivo de possuir informações complementares e de
comparar se os valores obtidos nos QLs são boas amostras, os quadros CLF-15 e CLF18 também foram medidos. Os aspectos de QEE desses painéis só serão apresentados
30
caso seja necessário avaliar algum possível problema encontrado, por isso maiores
detalhes sobre essa medição não serão apresentados.
Através de um levantamento de carga obteve-se as Tabelas 4 e 5 que indicam a
quantidade de computadores por área e a quantidade de luminárias do 2º piso
alimentados pelo QL10052-0.
Tabela 4 - Número de computadores por divisão do 2º piso.
Nº de
Nº de
Local
computadores
computadores
SMMG.DT
26
SMMA.DT
12
SMM.DT
15
SMME.DT
19
SOPG.DT
9
SMMU.DT
19
SO.DT
5
SMMC.DT
4
SOP.DT
2
SMMT.DT
11
SOPC.DT
8
TOTAL
130
Local
Tabela 5 - Quantidade de lâmpadas no 2º piso alimentadas pelo QL10052-0.
Quantidade de lâmpadas
2x20W
1x40W
3
6
2x40W
3x40W
Total de lâmpadas de
40 W
15
156
FONTE: (ITAIPU, 2012).
504
Total de
lâmpadas
de 20 W
6
Os quadros a serem medidos, o QL10052-0 e o QL10053-0, são alimentados
pelo CLF-15 e pelo CLF-18 respectivamente. O Anexo A apresenta o quadro de carga
dos quadros QL10052-0 e QL10053-0.
2.2.3 Instrumentos de medição
Para as medições dos quadros QL10052-0 e QL10053-0 foi utilizado o
Analisador de Qualidade de Potência e Energia Trifásico da marca Fluke e modelo 435II. Esse instrumento pertence à Itaipu Binacional e foi disponibilizado e operado pela
Divisão de Laboratório (SMIL.DT).
Esse instrumento foi utilizado por ser capaz de medir os sete aspectos de QEE
descritos na revisão bibliográfica. Além disso, era necessário um instrumento com
31
memória o suficiente para realizar uma medição a cada 10 minutos durante uma
semana, como pede a norma.
O instrumento segue a norma EN50160 para aspectos de QEE e não o Módulo 8
do Prodist, como este trabalho. Como as duas normas tem grande similaridade, optouse pela utilização desse aparelho.
O instrumento deve ser ligado às alimentações dos quadros a serem analisados
através de alicates amperímetros, para medir aa correntes, e pinças, para medir as
tensões, como ilustra a Figura 5. A partir dessas informações coletadas com a devida
taxa de amostragem, o instrumento calcula os aspectos de QEE.
Figura 5 - Ligação do Fluke 435-II em um sistema trifásico.
FONTE: (FLUKE CORPORATION, 2012).
Para a realização das medições, o instrumento deve ser configurado, para que
se escolham quais parâmetros devem ser medidos, a taxa de amostragem e o tempo
de duração da medição. Quanto menor o intervalo entre as medições, por menos tempo
o equipamento terá capacidade de armazená-las.
Quanto ao sistema de amostragem, o Fluke 435-II tem um conversor de 16 bits e
sua máxima taxa de amostragem é de 200.000 amostras por segundo, no modo
transitório (FLUKE CORPORATION, 2011).
Os fenômenos transitórios são visualizados através de “fotos” da onda no
momento em que a variação ocorrer. O Fluke 435-II mede transitórios na tensão de no
32
mínimo 5 microssegundos de duração e até 6 kV de amplitude. Ao perceber uma
variação transitória na tensão o instrumento salva uma janela de quatro ciclos da onda
de tensão, um ciclo antes do fenômeno, o ciclo do fenômeno e dois depois (FLUKE
CORPORATION, 2012).
Para a leitura dos dados obtidos e armazenados no equipamento é necessária a
instalação do software próprio, disponível no site da Fluke. A partir desse software é
possível exportar os dados para um leitor compatível com o sistema operacional
Windows®. O software da Fluke fornece, além dos valores numéricos obtidos nas
medições, gráficos de cada parâmetro por ele mensurado.
33
3 RESULTADOS
3.1 Medições realizadas
As medições no Edifício de Produção foram feitas em duas etapas: primeiro os
aspectos analisados em regime permanente e depois os aspectos caracterizados como
transitórios.
Devido à falta de espaço entre os cabos que alimentam os painéis QL10052-0 e
QL10053-0, localizados no segundo piso, o equipamento teve de ser instalado no CLF15 e 18, na cota 142. Para isso, o equipamento foi ligado aos cabos dos disjuntores nos
CLFs responsáveis pela alimentação dos respectivos quadros QLs.
As medições dos aspectos de regime permanente referente ao quadro QL100520 foram iniciadas em 08/07/2013 às 16 horas e 40 minutos e duraram 6 dias, 22 horas e
49 minutos. As medições dos aspectos de regime permanente referente ao quadro
QL10053-0 foram iniciadas em 16/07/2013 às 15 horas e 31 minutos e duraram 6 dias,
23 horas e 20 minutos.
Já as medições dos aspectos transitórios referentes ao quadro QL10052-0 foram
iniciadas em 21/08/2013 às 18 horas e 06 minutos e duraram 6 dias e 22 minutos. As
medições dos aspectos transitórios referente ao quadro QL10052-0 foram iniciadas em
21/08/2013 às 18 horas e 06 minutos e duraram 6 dias e 22 minutos.
3.2 Análises dos resultados obtidos
Após a realização das medições e através do software do instrumento foram
analisados todos os dados obtidos. Nos casos em que o aspecto de QEE era medido
por fase ou entre fases, somente o caso que teve os valores mais perto dos limites será
apresentado, apesar de os valores serem similares em todas as fases.
34
3.2.1 Análise da tensão em regime permanente
Considerando que a tensão nominal é 220 V, a tensão do Edifício de Produção
não deveria ser maior que 231 V ou ser inferior a 201 V para que fosse considerada
adequada. A Figura 6 representa o gráfico da tensão entre as fases B e C do quadro
QL10052, de iluminação, durante aproximadamente uma semana.
Figura 6 – Tensão entre as fases B e C do quadro de iluminação QL10052-0.
A tensão não é menor que 220 V e não ultrapassa 228 V em nenhum momento
das medições. Mantendo-se dentro dos limites adotados.
A Figura 7 representa a tensão entre as fases B e C do quadro QL10053-0, de
alimentação de equipamentos de informática.
35
Figura 7 – Tensão entre as fases B e C no quadro QL10053-0.
No quadro QL10053-0 a tensão fica entre 224 e 238 V, passando a maior parte
do tempo acima do limite considerado como adequado. Acima do limite adequado,
existe o limite precário, no qual a tensão pode atingir até 233 V. E por fim, acima de 233
V, a tensão de alimentação é considerada crítica. Podemos perceber que a tensão
permanece crítica em aproximadamente 50% das medições.
Analisando as medições do quadro responsável pela alimentação do quadro QL100530, o CLF-18, foi possível notar que a tensão já tinha esses valores elevados desde lá.
Portanto, sabendo que transformador que alimenta o quadro CLF-18 possui tap
regulador, sugere-se a alteração do tap
para que a tensão no quadro QL10053-0
mantenha-se dentro dos limites padronizados.
3.2.2 Análise do Fator de Potência
Segundo a revisão bibliográfica, para que o FP seja considerado adequado, ele
deveria estar entre 0,92 e 1,0, indutivo ou capacitivo.
A Figura 8 apresenta os valores do FP da fase B do quadro QL10052-0.
36
Figura 8 – Fator de potência da fase B do quadro QL10052-0.
Para o quadro QL10052-0 o FP fica entre 0,95 e 1,0 na maior parte do tempo.
Em dois momentos ocorrem picos, quando o FP chega a 0,65. Esses picos ocorrem na
sexta-feira e no sábado, em torno das 20 horas.
Nesse horário a Itaipu oferece um passeio turístico chamado “Iluminação
Monumental da Barragem”, como o próprio nome diz, um espetáculo de luzes
apresenta a barragem de Itaipu aos visitantes.
No momento que antecede a apresentação, toda carga de iluminação é
desligada para que seja religada junto com os holofotes que iluminarão a barragem.
Essa carga representa praticamente toda a demanda desse quadro. Pois o QL10052-0
tem uma corrente em torno de 35 A normalmente e no momento em que a carga de
iluminação é desligada, a corrente cai para aproximadamente 0,5 A. Nesse momento o
FP cai para 0,65. Porém, como a carga responsável por esse FP não representa o
quadro analisado como um todo, a sua correção não se faz necessária.
A Figura 9 apresenta o FP da fase A do quadro QL10053-0.
37
Figura 9 - Fator de potência da fase A do quadro QL10053-0.
No QL10053-0 O FP fica entre 0,65 e 0,9, sempre abaixo dos limites
considerados como adequados. Os momentos de pico superior aconteceram no horário
comercial, enquanto os menores FP ocorreram fora do expediente comercial do edifício.
Como pode ser observado os piores valores medidos do FP aconteceram nos dias 4 e
5, que foram respectivamente, sábado e domingo.
O baixo FP tem origem no tipo da carga, em sua grande maioria computadores,
com fontes chaveadas. A sazonalidade dos valores do FP coincide com o horário de
expediente, considerando que os muitos equipamentos são desligados no final do dia,
ou mesmo entram em stand by. O motivo para tal sazonalidade pode ser averiguada em
um trabalho futuro, através do levantamento das cargas seguido por um estudo de
como as mesmas alteram o FP.
Analisando as medições do quadro de alimentação CLF-18 foi possível notar que
o FP do quadro QL10053-0 não segue o perfil do quadro de alimentação. Portanto, o
QL10053-0 não pode ser usado para representar, de maneira geral, todos os quadros
que alimentam equipamentos de informática do Edifício de Produção, quando o aspecto
a ser analisado for o fator de potência.
38
3.2.3 Análise das distorções harmônicas de tensão
As distorções harmônicas de tensão são medidas através do índice DTT, sendo
o limite máximo de 10%. A Figura 10 apresenta os valores da DTT da fase A do quadro
QL10052-0.
Figura 10 – Distorção harmônica total da fase A do quadro QL10052-0.
A distorção chega a valores pouco maiores que 1%, o que não chega nem perto
do limite de 10%.
A Figura 11 apresenta as distorções harmônicas encontradas na fase C do
quadro QL10053-0.
39
Figura 11 – Distorção harmônica total da fase C do quadro QL10053-0.
A distorção harmônica encontrada no quadro QL10053-0 atinge o dobro do valor
máximo encontrado no quadro de iluminação, porém não chega a atingir o limite de
10% adotado. Além disso, a menor DTT aconteceu durante o final de semana.
Através da comparação dos dois quadros é possível notar que as lâmpadas
fluorescentes utilizadas injetam em torno de 50% de harmônicos quando comparado
aos injetados pelos computadores do Edifício.
3.2.4 Análise do desequilíbrio de tensão
O FD deve ser inferior a 2%. A Figura 12 apresenta os valores de FD para as
medições realizadas no quadro QL10052-0.
40
Figura 12 – Fator de desequilíbrio de tensão entre as fases do quadro QL10052-0.
O parâmetro FD se manteve menor que 0,03 %, mantendo-se, portanto, dentro
dos limites adotados.
A Figura 13 apresenta os valores de FD para ao quadro QL10053-0, durante as
medições.
Figura 13 – Desequilíbrio de tensão entre as fases do quadro QL10053-0.
41
O FD mantem-se entre 0,01 e 0,04 %. Entretanto, apesar de que o FD desse
quadro seja maior que o do QL10052-0, o desequilíbrio de tensão quadro ainda está
longe do limite de 2%.
3.2.5 Análise da flutuação de tensão
A flutuação de tensão deve ser analisada de acordo com a severidade de curta
duração (Pst). A Pst considerada adequada é aquela que se mantem menor que 1 %. A
Figura 14 apresenta os valores de Pst medidos na fase C do quadro QL10052-0,
durante a análise de QEE do Edifício de Produção.
Figura 14 – Flutuação de tensão na fase C do quadro QL10052-0.
Apesar do pico de quase 0,8%, a Pst se manteve menor que o limite adotado
neste trabalho.
A Figura 15 apresenta os valores da Pst na fase A do quadro QL10053-0.
42
Figura 15 – Flutuação de tensão na fase A do quadro QL10053-0.
Apesar dos três grandes picos de Pst, ela ainda se mantem dentro dos limites, já
que a norma aceita a rejeição de 5% dos valores medidos.
3.2.6 Análise das variações transitórias de curta duração
As VTCD podem ser divididas em seis tipos, de acordo com a duração, magnitude
e, além disso, entre afundamento ou elevação. Os equipamentos de medição, de
acordo com as normas, retornam “fotos” da onda no momento da VTCD.
A Figura 16 apresenta a foto da onda de tensão do quadro QL10052-0 no
momento de uma variação considerada a pior dentre os 31 eventos que ocorreram na
semana de medições.
43
Figura 16 – Onda de tensão do quadro QL10052-0 em um evento de variação de curta duração.
Quanto à magnitude das variações, a fase A (azul) sofre vários afundamentos,
onde a tensão fica entre 0,9 e 1 pu, a fase C (vermelha), assim como a fase B (preta),
sofre afundamentos e elevação, quando a tensão atinge valores superiores a 1,1 pu.
Quanto à duração da VTCD, todas são inferiores a 3 segundos, portanto, são
classificadas como momentâneas. Não há valores de referência determinados nas
normas brasileiras aos quais esse aspecto de QEE deve ser comparado.
No quadro QL10053-0, não foi encontrada nenhuma VTCD.
3.2.7 Análise da frequência
A frequência nominal do sistema medido é de 60 Hz. Portanto, segundo a norma,
e ssa frequência deve estar entre 59,9 e 60,1 Hz.
A Figura 17 apresenta os valores de frequência do quadro QL10052-0.
44
Figura 17 – Frequência do quadro QL10052-0.
A frequência se mantem dentro dos limites adequados apesar de se aproximar
bastante deles.
A Figura 18 apresenta a frequência no quadro QL10053-0.
Figura 18 – Frequência no quadro QL10053-0.
45
A frequência nesse quadro se afasta menos de 60 Hz que a frequência do
quadro de iluminação, mantendo-se entre 59,92 e 60,06 Hz. Portanto, apesar de a
maioria dos aspectos de QEE apresentar-se pior no quadro QL10053-0, a frequência se
mantem mais perto da normalidade no mesmo.
3.3 Soluções dos problemas
Através da análise das medições da QEE do Edifício de Produção é possível
concluir que a energia no edifício tem boa qualidade, uma vez que apenas dois dos
parâmetros, o fator de potência e a tensão, de um dos quadros medidos apresentaram
valores maiores que os limites considerados adequados.
Para resolver o problema do baixo FP no painel QL 10053-0 podem ser utilizados
capacitores. Apesar de existirem harmônicas na rede, essas são muito baixas, e
portanto, não implicam na utilização de filtros. As harmônicas serão consideradas um
problema na correção do FP com capacitores caso a distorção harmônica total seja
superior a 5% (WEG, 2009). No painel em questão esse parâmetro foi inferior a 2%.
Além do fator de potência, o segundo aspecto de QEE que excedeu os limites
adotados foi a tensão em regime permanente do quadro QL10053-0. A regulação do
tap do transformador que alimenta o quadro CLF-18 é a solução para esse problema.
46
4 CONCLUSÕES
Através das medições realizadas foi possível identificar e analisar quais
problemas relacionados à QEE existem no Edifício de Produção da Itaipu Binacional.
Além disso, foi possível concluir que os quadros QL10052-0 e QL10053-0 do segundo
piso, escolhidos para as medições, representam as cargas básicas do Edifício de
Produção quando o aspecto a ser analisado não for o fator de potência. Pois somente
esse aspecto de QEE não teve o mesmo perfil que os observados nos seus respectivos
quadros de alimentação CLF-15 e CLF-18.
Apesar de dois aspectos de QEE terem excedido os limites aceitáveis, podemos
afirmar que a energia do Edifício de Produção tem boa qualidade. Já que os outros
cinco aspectos analisados apresentaram valores dentro dos limites adotados.
Entre os aspectos que passaram dos limites, está a tensão em regime
permanente do quadro QL10053-0. Como visto, o quadro de alimentação CLF-18
também está com a tensão em torno de 230 V. Portanto, para que a tensão no quadro
QL10053-0 se mantenha em 220 V é necessário o ajuste do tap do transformador do
quadro CLF-18.
O outro aspecto que passou dos limites aceitáveis foi o FP do quadro QL100530, mantendo-se em torno de 0,7, além disso, os piores valores aconteceram no final de
semana. As cargas alimentadas por esse quadro são equipamentos de informática
como computadores, monitores, impressoras e multifuncionais. Sabe-se que esses
equipamentos, se não compensados, podem ser responsáveis pelo baixo FP, devido as
suas fontes chaveadas. Entretanto, para conhecer os motivos do FP atingir seus piores
valores no final de semana seria necessária uma análise detalhada das cargas desse
painel e de que forma esse tipo de carga afeta esse aspecto de QEE em específico.
Após conhecer a QEE desses quadros do Edifício de Produção fica a sugestão
para que, em trabalhos futuros, seja feita a análise das cargas do quadro QL10053-0 e,
além disso, um estudo a fim de definir como as cargas alimentadas por esse painel
podem afetar o FP.
47
5 REFERÊNCIAS
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nacional: Módulo 8 – Qualidade de Energia Elétrica. Resolução normativa nº 469/2011.
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Disponível
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48
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ITAIPU BINACIONAL. Sistema de arquivo técnico. Iluminacion Edificio de
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51
ANEXO A – Quadro de carga dos quadros QL10052-0 e QL10053-0.
Tabela 6 - Quadro de cargas do quadro QL10052-0.
Número
do
circuito
T16
T18
T26
T20
44
46
48
50
52
54
56
58
T60
CE
T24
T28
T14
66
36
38
40
42
62
60
QL10052-0
Quantidade de lâmpadas
Potência
2x20W 1x40W 2x40W 3x40W
total (VA)
66VA 136VA 110VA 242VA
2200
2200
792
2200
12
2904
8
1936
10
2420
2
1936
2
1936
11
2662
12
2904
12
2904
2500
300
2200
1500
2200
8
1936
11
2662
12
1904
12
2904
12
2904
12
2904
8
1936
64
3
6
T30
TOTAL
3
6
15
2664
2500
15
156
53508
FONTE: (ITAIPU, 2005).
Finalidade
Tomadas
Tomadas
Triturador
Tomadas
Ilum. Escritório - U10/U11
Ilum. Escritório - U11
Ilum. Escritório - U11
Ilum. Escritório - U11
Ilum. Escritório - U11
Ilum. Circulação - U11
Ilum. Circulação - U11
Ilum. Escritório - U10
Fogão Elétrico
Controle
Tomadas
Cafeteira
Tomadas
Ilum. Sala de Reunião
Ilum. Escritório - U10
Ilum. Escritório - U10
Ilum. Escritório - U10
Ilum. Escritório - U10
Ilum. Escritório - U9
Ilum. Circulação - B9A
Ilum. Copa, Shaft, Sanit., Ar
condicionado U10
Fogão Elétrico
52
Tabela 7 - Quadro de cargas do quadro QL10053-0.
QL10053-0
Nº do
circuito
Tomadas
127/220 V
- 800 W
TI2
TI4
TI6
TI8
TI10
TI12
9
9
9
9
9
9
Potência
máxima
(VA)
Finalidade
7620
Tom. de alim. equip. informática
7620
Tom. de alim. equip. informática
7620
Tom. de alim. equip. informática
7620
Tom. de alim. equip. informática
7620
Tom. de alim. equip. informática
7620
Tom. de alim. equip. informática
FONTE: (ITAIPU, 2005).