FLUTUAÇÕES DE TENSÃO

Prof. Dr. José Maria de C. Filho
Professor Adjunto da UNIFEI
Membro do GQEE / UNIFEI
[email protected]
Flutuações de Tensão
CLASSIFICAÇÃO – IEEE 1159 - 1995
CATEGORIAS
DURAÇÕES
MAGNITUDES [p.u.]
Transitórios
y
Impulsivos
50 [ηs] a 1 [ms]
–
y
Oscilatórios
5 [μs] a 50 [ms]
0a8
Variações de Curta Duração
y
Interrupção Transitória
0,5 [ciclos] – 1 [minuto]
< 0,1
y
Afundamento de Tensão
0,5 [ciclo] a 1 [minuto]
0,1 a 0,9
y
Salto de Tensão
0,5 [ciclo] a 1 [minuto]
1,1 a 1,8
Variações de Longa Duração
y
y
Interrupção Sustentada
> 1 [minuto]
0,0
Subtensões
> 1 [minuto]
0,8 a 0,9
y
Sobretensões
> 1 [minuto]
1,1 a 1,2
y
Desequilíbrios
regime permanente
0,05 - 0,02
Distorção de Forma de Onda
y
Harmônicos
regime permanente
0 a 0,2
y
Recorte de Tensão
regime permanente
–
y
Ruído
regime permanente
0,01
Intermitente
0,001 a 0,07
< 10 [s]
–
Flutuação de Tensão
Variações de Freqüência
Flutuações de Tensão
z
Considerações iniciais:
z
Importante indicador de QEE = Tensão eficaz constante
z
Tarefa muito difícil:
z
Ciclo de operação de cargas intermitentes ou variáveis
z
Tempo de resposta dos dispositivos de controle
Flutuações de Tensão
z
Definição:
z
Flutuação de tensão é a variação aleatória, repetitiva ou
esporádica, do valor eficaz da tensão.
z
Operação de cargas não lineares que apresentem
consumo de potência variável no tempo, manobras de
rede ou de carga.
Fonte: Procedimentos de Rede, submódulo 2.8 - ONS
Flutuações de Tensão
z
Efeitos:
z
z
z
Oscilações de torque em motores;
Vibrações e afrouxamento de parafusos, rebites e
conexões;
Interferências:
z
z
z
z
Instrumentação eletrônica;
Equipamentos de processamento de dados;
Controladores de processos;
Descalibração de proteção;
Flutuações de Tensão
z
Efeitos:
z
Oscilações eletromecânicas
z
Perdas adicionais devido a vibrações, atrito e mau
contato;
z
Redução da produtividade de fornos e estufas;
z
Falhas no processo de soldagem;
z
Incômodo causado pela cintilação luminosa em
lâmpadas incandescentes.
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Fornos a arco:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Fornos a arco:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Fornos a arco:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Laminadores:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Laminadores:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Laminadores:
Tensão [kV]
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Partidas de motores:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Máquinas de solda:
Flutuações de Tensão
z
Cargas Perturbadoras:
z
Máquinas de solda:
Flutuações de Tensão
z
Tipos de Flutuações:
z
Tipo A:
z
Série repetitiva;
z
Variações retangulares;
z
Cíclica;
z
Tipo padrão para testes de
medidores.
z
Cálculo aproximado:
ΔV pac
V pac
=
ΔQc arg a
MVAcc
Flutuações de Tensão
z
Tipos de Flutuações:
z
Tipo B:
z
Série irregular;
z
Variações bruscas;
z
Não-cíclica;
z
Elevadores, laminadores,
prensas, etc.
Flutuações de Tensão
z
Tipos de Flutuações:
z
Tipo C:
z
Série irregular;
z
Formas diversas: bruscas,
rampas, triangulares, senoidais;
z
Não-cíclica;
z
Combinação de cargas.
Flutuações de Tensão
z
Tipos de Flutuações:
z
Tipo D:
z
Variações contínuas e aleatórias;
z
Forma típica de arcos elétricos:
fornos e soldas
Flutuações de Tensão
z
Metodologia Internacional UIE / IEC
z
Estágio 1: Adaptação (normalização) da tensão de
entrada
Flutuações de Tensão
z
Metodologia Internacional UIE / IEC
z
Estágio 2: Demodulação do sinal adaptado
z
Extrair o sinal modulante
Flutuações de Tensão
z
Metodologia Internacional UIE / IEC
z
Estágio 3: Ponderação em freqüência
z
Representar a sensibilidade visual às variações da lâmpada de
230 V – 60W
Flutuações de Tensão
z
Metodologia Internacional UIE / IEC
z
Estágio 4: Média quadrática
z
Representar a sensibilidade visual às variações da lâmpada de
230 V – 60W
1
Sf =
T
t +T
∫ ⎡⎣a
⋅ Δv ( t ) ⎤⎦ dt
2
f
t
z
Onde T = constante de tempo para média móvel (t=300ms)
z
af = ponderação em freqüência dependendo da
lâmpada incandescente
z
Δv(t)= flutuação normalizada de tensão
Flutuações de Tensão
z
Metodologia Internacional UIE / IEC
z
Estágio 5: Tratamento estatístico
zConstrução
da Função de
Probabilidade Cumulativa - FPC
Flutuações de Tensão
z
Indicadores de severidade de cintilação
z
Indicador de curta duração – Pst:
z
Período contínuo de 10 (dez) minutos;
z
É calculado a partir dos níveis instantâneos de sensação de
cintilação (Sf)
Pst = 0,0314 P0,1 + 0,0525 P1 + 0,0657 P3 + 0,28 P10 + 0,08 P50
z
Pi corresponde ao Sf que foi ultrapassado durante i% do tempo,
resultante do histograma de classificação por níveis.
Flutuações de Tensão
z
Indicadores de severidade de cintilação
z
Indicador de longa duração – Plt:
z
Período contínuo de 2 horas
z
Média cúbica de 12 valores consecutivos de Pst
1 12
3
Plt = 3 ∑ ( Psti )
12 i =1
Flutuações de Tensão
z
Indicadores de severidade de cintilação
z
Curva de referência para aferição:
z
Curva 1 - Limiar de percepção visual para modulação senoidal;
z
Curva 2 - Limiar de percepção visual para modulação quadrada;
z
Curva 3 - Limite Pst=1pu para lâmpada 230V, 60W segundo IEC;
Flutuações de Tensão
z
Indicadores de severidade de cintilação
z
Combinação não-linear de efeitos:
Psteq = k
∑ ( Pst )
k
i
i
z
k=4 -> instalações multifornos, quando se deseja evitar o
impacto causado por fusões simultâneas;
z
k=3 -> maioria dos tipos de variações de tensão e quando o risco
de coincidência de distúrbios é baixa;
z
k=2 -> superposição de ruído de fundo devido à coincidência
estatística de diferentes fontes de flutuações;
z
k=1 -> elevada coincidência entre as flutuações provocadas por
fontes independentes.
Flutuações de Tensão
z
Indicadores de severidade de cintilação
z
Valores de referência:
zANEEL
zONS
Medidas Mitigadoras
Flutuações de Tensão
Causa/Resumo:
z
OPERAÇÃO DE CARGAS QUE APRESENTAM DEMANDA DE
POTÊNCIA REATIVA VARIÁVEL NO TEMPO
z
CÁLCULO APROXIMADO
ΔVpac
Vpac
=
ΔQcarga
MVAcc
Formas de Atenuação:
„
AUMENTAR A CAPACIDADE DE CURTO-CIRCUITO
„
REDUZIR A VARIAÇÃO DE DEMANDA DE POTÊNCIA REATIVA
Flutuações de Tensão
Aumentar o Nível de Curto- Circuito
„
INSTALAR COMPENSAÇÃO SÍNCRONA LOCAL
„
INTRODUZIR COMPENSAÇÃO CAPACITIVA SÉRIE
„
ELEVAR O NÍVEL DE TENSÃO DAS LTs
„
TECNICAMENTE SÃO SOLUÇÕES SIMPLES
„
NÃO REQUEREM DISPOSITIVOS DE CONTROLE ESPECIAIS
„
APRESENTAM CUSTOS ELEVADOS
Flutuações de Tensão
z
Mitigação - Instalação de regulador de tensão:
Flutuações de Tensão
RNS: Reator de Núcleo Saturado
„
DISPOSITIVO ELETROMAGNÉTICO QUE TRABALHA A REGIAO
DE SATURAÇAO MAGNÉTICA DO NÚCLEO
Flutuações de Tensão
RNS: Reator de Núcleo Saturado
„
„
„
„
O CONTROLE É “INTRINSECO” (SEM MALHA DE CONTROLE
ADICIONAL)
BAIXO FATOR DE POTÊNCIA
PERDAS FERROMAGNETICAS ELEVADAS/AQUECIMENTO
GERAÇAO DE HARMÔNICOS (NÃO LINEARIDADE DO NÚCLEO)
Flutuações de Tensão
CCT- Capacitor Chaveado por Tiristores
„
„
„
„
„
CONTROLA A TENSÃO DA BARRA
CORRIGE O FATOR DE POTÊNCIA DO FORNO
APRESENTA RESPOSTA LENTA
CHAVEAMENTO PRÓXIMO DA TENSÃO PRÉ-CARGA DO CAPACITOR
NÃO GERA HARMÔNICOS E NEM TRANSITÓRIOS DE CHAVEAMENTO
Flutuações de Tensão
RCT- Reator Controlado a Tiristor
„
„
„
„
„
CONTROLA A TENSÃO DA BARRA
APRESENTA CARACTERÍSTICA INDUTIVA E NÃO CORRIGE O FATOR
DE POTÊNCIA DO FORNO
INTRODUZ HARMÔNICOS NA REDE (RECORTE DA CORRENTE)
REQUER A INSTALAÇÃO DE BANCO DE CAPACITOR FIXO SOB A
FORMA DE FILTRO
APRESENTA TEMPO DE RESPOSTA MENOR QUE ½ CICLO
Flutuações de Tensão
CCT + RCT
„
„
„
„
„
CONTROLA A TENSÃO DA BARRA
CORRIGE O FATOR DE POTÊNCIA DO FORNO
O CONTROLE “GROSSO” DA TENSÃO FICA A CARGO DO CCT
O CONTROLE “FINO” DA TENSÃO FICA A CARGO DO RCT
APRESENTA TEMPO DE RESPOSTA ADEQUADO
Flutuações de Tensão
Outros Arranjos: CCT + RCT+ CF
Filtro
„
„
„
„
„
CONTROLA A TENSÃO DA BARRA
CORRIGE O FATOR DE POTÊNCIA DO FORNO
APRESENTA BAIXA RAPIDEZ DE RESPOSTA
O CONTROLE “GROSSO” DA TENSÃO FICA A CARGO DO CCT
O CONTROLE “FINO” DA TENSÃO FICA A CARGO DO RCT
Flutuações de Tensão
Flutuações de Tensão
z
Referências bibliográficas:
z
Procedimentos de Rede, submódulo 2.8 – ONS;
z
PRODIST - ANEEL; Módulo 8 – Qualidade da Energia
Elétrica;
z
Estudos sobre Qualidade de Energia Elétrica –
Flutuações de Tensão, por Sigmar M. Deckmann, 1999:
z
z
Relatório Parcial 1: Flutuações de Tensão na rede elétrica
z
Relatório Parcial 2: Metodologia de Avaliação da Cintilação.
Documentos e transparências disciplina QEE-2.
Obrigado!