IV WEEL – Workshop do Curso de Engenharia Elétrica da Faculdade SATC
Harmônicas, Fator de Potência e
Qualidade da Energia Elétrica
E. V. Kassick
Instituto Federal de Santa Catarina
Campus Florianópolis
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Outubro, 2014
Perguntas?
A qualquer momento!
Sintam-se à vontade!
Para contatos posteriores: [email protected]
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Harmônicas, Fator de Potência e
Qualidade da Energia Elétrica
Isto é importante ou estamos todos
perdendo tempo?
POWER QUALITY STANDARDS
Fonte: Power quality, autor C. Sankaran, © 2002 by CRC Press LLC
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE); Piscataway, NJ;
http://www.ieee.org
IEEE 644 Standard Procedure for Measurement of Power
Frequency Electric and Magnetic Fields from AC Power Lines
IEEE C63.12 Recommended Practice for Electromagnetic
Compatibility Limits
IEEE 518 Guide for the Installation of Electrical Equipment
to Minimize Electrical Noise Inputs to Controllers from
External Sources
IEEE 519 Recommended Practices and Requirements for
Harmonic Control in Electrical Power Systems
IEEE 141 Recommended Practice for Electric Power distribution for Industrial
Plants
IEEE 142 Recommended Practice for Grounding of Industrial and
Commercial Power Systems
IEEE 241 Recommended Practice for Electric Power Systems in Commercial
Buildings
IEEE 602 Recommended Practice for Electric Systems in Health Care Facilities
IEEE 902 Guide for Maintenance, Operation and Safety of Industrial and
Commercial Power Systems
IEEE C57.110 Recommended Practice for Establishing Transformer Capability
when Supplying Nonsinusoidal Load
IEEE P1433 Power Quality Definitions
IEEE P1453 Voltage Flicker
IEEE P1564 Voltage Sag Indices
International Electrotechnical Commission (IEC); Geneva,
Switzerland; http://www.iec.ch
IEC/TR3 61000-2-1 Electromagnetic Compatibility — Environment
IEC/TR3 61000-3-6 Electromagnetic Compatibility — Limits
IEC 61000-4-7 Electromagnetic Compatibility — Testing and
Measurement Techniques — General Guides on Harmonics and
Interharmonics Measurements and Instrumentation
IEC 61642 Industrial a.c. Networks Affected by Harmonics —
Application of Filters and Shunt Capacitors
IEC SC77A Low Frequency EMC Phenomena
IEC TC77/WG1 Terminology
IEC SC77A/WG1
Disturbances
Harmonics
and
Other
Low
Frequency
IEC SC77A/WG6 Low Frequency Immunity Tests
IEC SC77A/WG2 Voltage Fluctuations and Other Low Frequency
Disturbances
IEC SC77A/WG8 Electromagnetic Interference Related to the
Network Frequency
IEC SC77A/WG9 Power Quality Measurement Methods
REGULAMENTAÇÃO NO BRASIL
Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL - (http://www.aneel.gov.br)
Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional –
PRODIST
F
V
X
Legenda:
Versão futura
Versão vigente
Versão anterior (não vigente)
Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
Revis
ão
Motivo da Revisão
Instrumento de aprovação
pela ANEEL
Data de vigência do Módulo
F
5
Revisão 5 (após realização da AP 093/2013)
Resolução Normativa nº 602/2014
01/01/2015
V
4
Revisão 4 (após realização da
AP 064/2010)
Resolução Normativa nº
469/2011
De 01/02/2012 a
31/12/2014
X
3
Revisão 3 (após realização da 2ª etapa da AP
046/2010)
Resolução Normativa nº 444/2011
De 06/09/2011 a 31/01/2012
X
2
Revisão 2 (após realização da AP 046/2010)
Resolução Normativa nº 424/2010
De 01/01/2011 a 05/09/2011
X
1
Revisão 1 (após realização da AP 033/2009)
Resolução Normativa nº 395/2009
De 01/01/2010 a 31/12/2010
X
0
Primeira versão aprovada (após realização da AP
014/2008)
Resolução Normativa nº 345/2008
De 31/12/2008 a 31/12/2009
PRODIST - Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
Este módulo do PRODIST está dividido em duas seções principais
Qualidade do produto (seção 8.1)
Qualidade do serviço (seção 8.2)
Qualidade do produto (seção 8.1)
(em regime permanente ou transitório)
# Tensão em Regime Permanente (item 2 da seção 8.1);
# Fator de Potência (item 3 da seção 8.1);
# Harmônicos (item 4 da seção 8.1);
# Desequilíbrio de Tensão (item 5 da seção 8.1);
# Flutuação de Tensão (item 6 da seção 8.1);
# Variações de Tensão de Curta Duração (item 7 da seção 8.1);
# Variações de Frequência (item 8 da seção 8.1)
Qualidade do serviço (seção 8.2)
Estabelece os procedimentos relativos aos indicadores de
continuidade e dos tempos de atendimento. Ou seja, trata dos
parâmetros técnicos que indicam a continuidade do suprimento
de energia elétrica para o consumidor.
Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL
Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
SEÇÃO 8.2 – QUALIDADE DO SERVIÇO
Qualidade do serviço (seção 8.2)
# indicadores de continuidade
Resoluções N° 024/2000 e 177/2005 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL)
Para a apuração dos indicadores de continuidade, a
regulamentação manda considerar apenas as interrupções com
duração maior ou igual a 3 (três) minutos.
Qualidade do serviço
A qualidade do serviço, ainda que extremamente importante (por
razões óbvias), reveste-se de um caráter mais inclinado para o
lado burocrático e de gestão da distribuidora, afastando-se um
pouco da parte mais ligada à energia elétrica, vista como algo de
natureza técnico-científica; por esta razão não será aqui objeto de
detalhamento.
De todo o modo, o PRODIST (texto integral) apresenta este tópico
em detalhes.
Na sequência, uma passagem rápida sobre os indicadores da
Qualidade do Serviço .....
Qualidade do serviço
Estes indicadores definem a continuidade do fornecimento de
energia elétrica, ou seja, a duração e a frequência das faltas. Os
valores limites de continuidade são encontrados no anexo I da seção
8.2 do PRODIST, conforme a faixa de tensão nominal.
Principais parâmetros técnicos que indicam a continuidade do
suprimento de energia elétrica para o consumidor
DEC e FEC – Duração e frequência equivalente de interrupção por
unidade consumidora, que indicam, respectivamente, o intervalo de
tempo em que ocorreu descontinuidade no fornecimento de energia
elétrica e o número de interrupções ocorridas, em média, no
período de observação, para as unidades consumidoras do conjunto
de consumidores considerado.
Principais parâmetros técnicos que indicam a continuidade do
suprimento de energia elétrica para o consumidor
DIC e FIC – Duração e frequência equivalente de interrupção
individual por consumidor ou por ponto de conexão. Estes
indicam, respectivamente, o intervalo de tempo em que ocorreu
descontinuidade no fornecimento de energia elétrica e o
número de interrupções ocorridas, no período de observação,
em cada unidade consumidora ou ponto de conexão.
DMIC – Duração máxima de interrupção contínua por unidade
consumidora.
Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL
Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
SEÇÃO 8.1 – QUALIDADE DO PRODUTO
1 OBJETIVO
2 TENSÃO EM REGIME PERMANENTE
3 FATOR DE POTÊNCIA
4 HARMÔNICOS
5 DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO
6 FLUTUAÇÃO DE TENSÃO
7 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO
8 VARIAÇÃO DE FREQÜÊNCIA
1.5
1
Amplitude
0.5
0
0.5
1
Normal
1.5
0
0.5
Subtensão
1.0
1.5
Sobretensão
2.0
2.5
Período
Interrupção
3.0
3.5
Harmônicas
4.0
4.5
5.0
Fonte: Aula prática Qualidade de energia, Julian Villelia Padilla, Revista “O SETOR ELÉTRICO”, Março 2008.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
A energia elétrica é considerada de boa qualidade quando as suas
especificações encontram-se dentro de padrões preestabelecidos por
regulamentos e normas técnicas que indicam as variações toleráveis
para as referidas grandezas.
“Power quality is a set of electrical boundaries that allows a piece of
equipment to function in its Intended manner without significant loss
of performance or life expectancy.”
Fonte: Power quality, autor C. Sankaran, © 2002 by CRC Press LLC
“Any power problem manifested in voltage, current, or
frequency deviations that results in failure or misoperation
of customer equipment.”
Fonte: Electrical Power Systems Quality, Second Edition,
Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso and H.
Wayne Beaty, © 2004 The McGraw-Hill Companies
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
O conceito de qualidade de energia aplica-se a qualquer
sistema elétrico, que pode ser a instalação de um
consumidor, seja ele residencial, comercial ou industrial,
como pode ser também uma rede elétrica completa de
geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.
Fonte: Aula prática Qualidade de energia, Julian Villelia Padilla, Revista “O SETOR
ELÉTRICO”, Março 2008.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
E quando surge algum problema, quem é o responsável?
Fonte: Electrical Power Systems Quality, Second Edition, Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya
Santoso and H. Wayne Beaty, © 2004 The McGraw-Hill Companies
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
E quando surge algum problema, quem é o responsável?
Fonte: Electrical Power Systems Quality, Second Edition, Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya
Santoso and H. Wayne Beaty, © 2004 The McGraw-Hill Companies
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
E quando surge algum problema, quem é o responsável?
Fonte: Electrical Power Systems Quality, Second Edition, Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya
Santoso and H. Wayne Beaty, © 2004 The McGraw-Hill Companies
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
Fonte: Power quality, autor C. Sankaran, © 2002 by CRC Press LLC
Principais preocupações com a Qualidade de Energia Elétrica
Fonte: Power quality, autor C. Sankaran, © 2002 by CRC Press LLC
Curvas CBEMA/ITI
Computer Business Equipment Manufacturers Association
Information Technology Industry Council
Fonte: Electrical Power Systems Quality, Second Edition, Roger C. Dugan, Mark F.
McGranaghan, Surya Santoso and H. Wayne Beaty, © 2004 The McGraw-Hill Companies
Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL
Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
SEÇÃO 8.1 – QUALIDADE DO PRODUTO
1 OBJETIVO
2 TENSÃO EM REGIME PERMANENTE
3 FATOR DE POTÊNCIA
4 HARMÔNICOS
5 DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO
6 FLUTUAÇÃO DE TENSÃO
7 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO
8 VARIAÇÃO DE FREQÜÊNCIA
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
2 TENSÃO EM REGIME PERMANENTE
Cuidado: esta tensão (em preto) tem valor adequado!
3 FATOR DE POTÊNCIA
Fator de Potência (fp) é definido como a razão entre a
potência média ou ativa (P) e a potência aparente (S)
P
fp =
S
3 FATOR DE POTÊNCIA
4 HARMÔNICOS
Cargas não lineares conectadas aos sistemas elétricos são responsáveis por
distorcer as correntes e as tensões.
Dispositivos não lineares são todos aqueles em que a corrente drenada pelos
mesmos não apresenta a mesma forma de onda de tensão aplicada.
A presença de harmônicos acarreta formas de onda de tensão ou de corrente
deformadas, ou seja, as distorções harmônicas são fenômenos associados com
deformações nas formas de onda das tensões e correntes em relação à onda
senoidal da frequência fundamental (usualmente 60 Hz, no Brasil).
O Prodist nada diz sobre a THD de corrente!!!!
Os níveis toleráveis de THD de tensão são mais
elevados do que o indicado na IEEE 519/1992
O Prodist tem caráter progressivo
5 DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO
O desequilíbrio (desbalanceamento) de tensão em
um sistema elétrico trifásico é uma condição na
qual as três fases podem apresentar diferentes
valores de tensão entre si, em módulo ou
defasagem angular entre as fases diferentes de 120º
elétricos, ou ambas as condições.
De acordo com o item 5 da seção 8.1 do PRODIST, o
desequilíbrio de tensão é o fenômeno associado a
alterações dos padrões trifásicos do sistema de
distribuição.
5 DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO
6 FLUTUAÇÃO DE TENSÃO
Conhecido internacionalmente com a
terminologia Flicker, é definido como
a variação sistemática do valor eficaz
(RMS) da tensão, podendo ser um
fenômeno com variação aleatória,
repetitiva ou esporádica.
De acordo com o item 6 da seção 8.1 do PRODIST, as expressões para o
cálculo de Pst e Plt são:
Pi (i = 0,1; 1; 3; 10; 50) corresponde ao nível de
sensação de cintilação que foi ultrapassado
durante i % do tempo, obtido a partir da função de
distribuição acumulada complementar, de acordo
com o procedimento estabelecido nas Normas IEC
(International Electrotechnical Commission): IEC
61000-4-15. Flickermeter – Functional and Design
Specifications.
A Figura apresenta a função de distribuição
complementar da sensação de cintilação.
acumulada
Valores de Referência
A Tabela 7 fornece os valores de referência a serem utilizados para a
avaliação do desempenho do sistema de distribuição quanto às
flutuações de tensão.
Observa-se a delimitação de três faixas para classificação dos indicadores
estabelecidos: valor adequado, valor precário e valor crítico.
Esses valores servem para referência do planejamento elétrico em termos
de QEE e que, regulatoriamente, serão estabelecidos em resolução
específica da ANEEL, após período experimental de coleta de dados.
Valores de Referência
É evidente que no caso de violações
dos indicadores PstD95% ou PltS95%
(fora da faixa adequada), a distribuidora de energia deverá fazer o
acompanhamento e a correção do
problema.
7 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO
Segundo o item 7 da seção 8.1 do PRODIST,
variações de tensão de curta duração são desvios
significativos no valor eficaz da tensão em curtos
intervalos de tempo.
O afundamento de tensão (subtensão), elevação de
tensão (sobretensão) e a interrupção são variações
de tensão de curta duração, podendo ser
momentâneas ou temporárias, sendo diferenciadas
uma da outra através do tempo de ocorrência das
mesmas.
8 VARIAÇÃO DE FREQÜÊNCIA
Faixa de variação de frequência em hertz
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
COMO TRATAR OS EVENTOS
A manutenção da Tensão de Atendimento para o consu-midor final no nível
adequado é tarefa razoavelmente simples e bem dominada.
O não atendimento deste nível de qualidade está muitas vezes relacionado à
falta de investimentos para a adequação e a expansão da capacidade de
forneci-mento do sistema elétrico.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
COMO TRATAR OS EVENTOS
O cumprimento das metas referentes aos Indicadores de Continuidade exige
manutenção adequada do sistema elétrico, compreendendo: postes,
torres, isoladores, transformadores, pára-raios, aterramentos, etc...
Também requer investimentos para a automação do comando de chaves
de redes e de subestações, para a redução do tempo de restabelecimento
do fornecimento de energia, quando ocorre alguma interrupção.
Exige, ainda, a poda sistemática da vegetação que circunda as redes elétricas
para reduzir este tipo de ocorrência.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
COMO TRATAR OS EVENTOS
A presença de harmônicas de tensão ou de corrente no sistema elétrico, que
provoca a redução do Fator de Potência e o aumento da Distorção
Harmônica Total (THD), pode ser tratada com a implementação de filtros
de harmônicas (passivos, ativos ou híbridos).
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
DIVISÃO DE RESPONSABILIDADES
A manutenção da QEE deve ser compartilhada entre o agente de transmissão
ou distribuição e o consumidor de energia elétrica, dependendo do nível
de tensão de fornecimento contratado.
Os Indicadores de Continuidade e a Tensão de Atendimento são tipicamente
de responsabilidade do agente de transmissão ou distribuição. Esses
agentes devem respeitar valores limites e cumprir metas definidas pelo
órgão regulador (ANEEL), estando sujeitos a penalidades quando tais
valores e metas não são respeitados.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
DIVISÃO DE RESPONSABILIDADES
A distorção harmônica da tensão e da corrente tipicamente decorre da
presença de cargas não-lineares de potência elevada (conversores
estáticos, por exemplo) nas instalações do consumidor. Tais distorções
comprometem a QEE, podendo afetar inclusive outros consumidores e,
nestes casos, providências poderão ser exigidas do consumidor causador
do distúrbio no sentido de eliminar (ou reduzir a níveis toleráveis) o
impacto destas cargas no sistema elétrico (cfe Resolução N° 414/2010 da
ANEEL).
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
DIVISÃO DE RESPONSABILIDADES
Quanto aos outros fatores que afetam a QEE, nem sempre é clara e objetiva a
determinação da responsabilidade, sendo necessária uma análise técnica,
que muitas vezes pode requerer investigação e medições elétricas
exaustivas para a identificação do problema e subseqüente atribuição de
responsabilidade.
QEE: Qualidade da Energia Elétrica
Bibliografia de apoio
[1] ANEEL, "Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no
Sistema Elétrico Nacional - PRODIST," ed. Brasília: Agência
Nacional de Energia Elétrica, 2010.
[2] R. C. Dugan, et al., Electrical Power Systems Quality, Second
Edition ed.: McGraw-Hill Companies, 2003.
[3] E. Kassick, "Harmônicas em Sistemas Industriais de Baixa
Tensão," Instituto de Eletrônica de Potência - INEP, Florianópolis,
2008.
[4] IEEE, "P1433 Power Quality Definitions," ed: PES Working
Group.
[5] IEEE, "P1453 Flicker Task Force," ed: IEEE Voltage Quality
Working Group.
[6] IEEE, "P1564 Voltage Sag Indices Task Force," ed: IEEE Voltage
Quality Working Group.
Grato pela atenção