Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP como operador da rede distribuição Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Manual da Qualidade da Energia Eléctrica • Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE) • Alertar os Clientes para a escolha das melhores práticas de projecto e para a definição de requisitos nos novos equipamentos • Envolver todos os “Stakeholders” na minimização/resolução das eventuais incompatibilidades entre as características das redes eléctricas e as exigências de alguns equipamentos • Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras) Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Manual da Qualidade da Energia Eléctrica Fabricante Equipamentos Equipamentos compatíveis Normas e regulamentos Qualidade de Energia Operador eléctrica de Rede Energia acordo com o RQS Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Especificações Cliente Comunicação de necessidades Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Manual da Qualidade da Energia Eléctrica Custo das soluções de QEE em função do ponto de intervenção • 1 – Equipamento crítico • 2 – Processo • 3 – Instalação • 4 – Rede de distribuição Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Introdução Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Introdução • A QEE apresenta-se como factor de generalidade das actividades económicas • Constante renovação tecnológica Aumento do n.º Clientes com necessidades acrescidas de QEE • As redes de Transporte e Distribuição (T&D) podem apresentar índices de fiabilidade bastante elevados – Ordem dos 4 nove (99.99% -52.5min/ano de indisponibilidade) • Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves (99.9999% -- 31.5s/ano de indisponibilidade) Impossível de atingir com os sistemas de T&D convencionais • Compromisso QEE/imunidade do equipamento Cooperação entre operadores das redes de T&D, Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamento Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica competitividade para a Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Introdução Cliente Elevada dependência tecnológica Investimento em soluções de imunização Susceptibilidade a Perturbações de QEE Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”) Susceptibilidade a Interrupções Longas Operadores das redes de T&D Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Introdução Principais perturbações de QEE • Variações temporárias de tensão • • • • • • • • • Sobretensões • Abaixamentos de tensão Cavas de tensão Flutuações tensão Flicker Tensão Transitórios Distorção harmónica Sobretensões transitórias Sobretensões 110 % Desequilíbrio de tensões Flutuações de tensão 100 % Flutuações de tensão Variações de frequência 90 % Interrupções breves ( 3min) Cavas Interrupções longas (>3min) de Abaixamentos de tensão tensão 1% Interrupções breves 10 ms Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 1 min Interrupções longas 3 min Duração Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006 Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Classificação das interrupções de alimentação • Interrupções previstas – Execução de trabalhos programados, no âmbito de acções de manutenção, com aviso prévio dos Clientes • Interrupções acidentais – Consequência de defeitos transitórios ou permanentes: breves (3min); longas (>3min) Evolução do indicador TIEPI MT • Tempo de Interrupção Equivalente da Potência Instalada em MT P t n TIEPI i 1 i int errupçãoi PTotal Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Optimização das topologias de exploração da rede • Implementação de circuitos redundantes e exploração em malha fechada • Expansão das redes AT e MT e aumento da potência instalada • Automatização e telecomando da rede MT • Reforço das estratégias de manutenção preventiva e preditiva • Implementação de sistemas de informação técnica e de monitorização QEE • Aposta em novos materiais e tecnologias de rede (Ex. condutores cobertos em linhas aéreas MT, reguladores automáticos BT, etc.) Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Entrada em exploração de novas subestações • Telecomando da rede MT SE Orgens Telecomando Rede MT – Região Norte Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica SE Cheganças Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Continuidade de tensão Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Definição baseada na norma NP EN 50160 • “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado entre 90% e 1% da tensão declarada UC, seguida do restabelecimento da tensão depois de um curto lapso de tempo” Valores indicativos • N.º cavas de tensão pode variar das dezenas a um milhar por ano • Normalmente: Duração < 1 segundo; Amplitude < 60% Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Origem das cavas de tensão em redes de T&D U1 Un t I1 AT In t U2 Un MT Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t Caso de um defeito transitório U1 Un Saída N t I1 Saída 1 In t U2 Un Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t Caso de um defeito permanente Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Origem das cavas de tensão em redes de T&D U1 Un t I1 AT In t U2 Un MT Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito transitório U1 Un Saída N t I1 Saída 1 In t U2 Un Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito permanente Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Origem das cavas de tensão em redes de T&D AT U1 Un t I1 MT In t U2 Un Saída 1 Saída N Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito transitório AT U1 Un t I1 MT In t U2 Un Saída N Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t2 t3 t4 t5 t Caso de um defeito permanente Saída 1 Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D • Defeito em F1 – é expectável • Carga 1 – Interrupção de tensão • Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50% • Defeito em F3 – é expectável • Carga 3 – Interrupção de tensão • Carga 2 – Cavas de tensão até 36% • Carga 1 – Cavas de tensão até 2% Fonte: Copper Development Association Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Amplitude: 14% Duração: 60ms Amplitude: 12% Duração: 42ms Amplitude: 32% Duração: 95ms Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão • Consequências das cavas de tensão • Cava de tensão de reduzida severidade (amplitude 14%; duração 60ms) Perturbação de funcionamento de 2 Máq. Electroerosão CNC Perdas significativas para o Cliente SÓ DEVIDO A CAVAS DE TENSÃO De acordo com este estudo é de esperar que estas máq. CNC sejam sujeitas entre 84 a 114 interrupções por ano Gráfico da incidência de cavas de tensão por instalação/ano em função da amplitude e duração – Estudo efectuado pelo EPRI (Electric Power Research Institute) ao longo de 9 anos, tendo em consideração 480 locais nos EUA Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Mitigação de cavas de tensão • Vários estudos têm demonstrado que a severidade das cavas de tensão, com origem em defeitos nos sistemas de T&D é superior à tolerância dos equipamentos indicada pelas curvas CBEMA ou ITIC • Seria desejável que os equipamentos electrónicos apresentassem níveis de imunidade superiores aos propostos por estas curvas DC – Curva característica das cavas de tensão com origem na rede distribuição ITIC – Curva ITIC RT – Imunidade exigida Fonte: Copper Development Association Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Cavas de tensão Mitigação de cavas de tensão • Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa subestação da EDP durante o 1º Trim. 2007 (06Jan – 31Mar) Eventos no BUS MT (15kV) Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Eventos no BUS AT (60kV) Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Sobretensões Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Sobretensões Classificação de sobretensões • Baixa frequência – Quando ocorrem à frequência do sistema (50Hz) • Alta frequência – Apresentam frequências muito superiores a 50Hz Sobretensões transitórias • Variações extremamente rápidas da tensão, com durações tipicamente compreendidas entre os micro e os mili-segundos Muito curta (s) Amortecimento com a distância Muito alta ( até 1.000 kV/s) Forte Muito curta (ns) Alta (10MHz) Muito forte Curta (ms) Média (1 a 200 kHz) Médio Longa (s) ou Muito longa (h) 50 Hz Não existe Duração Descargas atmosféricas Descargas electrostáticas Comutação Sobretensões temporárias à frequência do sistema Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Frequência (ou taxa de crescimento) Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Sobretensões Origem das sobretensões • Descargas atmosféricas • A circulação através do solo da corrente de descarga pode provocar uma elevação do potencial de terra Sobretensão resultante da elevação do potencial de terra [Séraudie, 1999] Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Oscilações de frequência Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Oscilações de frequência A estabilidade da frequência é garantida pelo equilíbrio entre a absorção e a geração de potência activa nos sistemas eléctricos • Em Portugal continental não são de esperar oscilações de frequência significativas dada a interligação das redes a nível Europeu Raramente verificam-se defeitos nas redes de interligação Europeias – Oscilações de frequência que podem conduzir ao deslastre de várias subestações nos diferentes países, ou mesmo, levar ao colapso global do sistema eléctrico • Caso recente: Perturbação de 4Nov2006, pelas 21:10, causada pela desligação da linha dupla 380kV Conneforde-Diele, na Alemanha (rede de transporte da E.ON), para passagem de um navio no rio Ems para o Mar do Norte • Por dificuldade de controlo do fluxo de potência, verificou-se a divisão da rede Europeia em 3 ilhas, com consequências bastante significativas para todo o sistema eléctrico Europeu e para o Português em particular Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Oscilações de frequência SE Touvedo SE Alto S. João SE Vila do Bispo Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Desequilíbrio de tensões Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Desequilíbrio de tensões Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º Sistema eléctrico equilibrado Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Sistema eléctrico desequilibrado Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Desequilíbrio de tensões Consequências do desequilíbrio de tensões • Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função do desequilíbrio do sistema de tensões Mitigação do desequilíbrio de tensões • Redistribuição de cargas • Aumento da potência de curto-circuito • Utilização de transformadores com ligações especiais Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Deformação das sinusoides da tensão ou da corrente • Desenvolvimento em séries de Fourier Decomposição das formas de onda distorcidas num somatório de sinusoides com frequências múltiplas da componente fundamenta (50Hz) Classificação das harmónicas quanto à ordem e sequência Ordem Frequência (Hz) Sequência Fundamental 2.º 3.º 4.º 5.º 6.º 7.º 8.º ... n.º 50 100 150 200 250 300 350 400 ... n50 + – 0 + – 0 + – ... ... Fonte: PSL – Power Standards Lab Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Origem da distorção harmónica • Cargas não-lineares – Apresentam impedância variável em função da tensão de alimentação A corrente absorvida não é proporcional à tensão, assumindo formas de onda não sinusoidais • Fontes de alimentação electrónicas • Lâmpadas de descarga • Transformadores em regime de saturação Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Origem da distorção harmónica • Rectificadores estáticos • Variadores electrónicos de velocidade Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Origem da distorção harmónica • Fontes de alimentação comutadas Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Distorção harmónica Consequências da distorção harmónica • Ressonância em baterias de condensadores THD BUS 15kV típico THD BUS 15kV c/ BC ressonância 5ª harmónica BUS 15kV típico 5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE (Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT + 124 Bus BT Aprox. 500.000 horas monitorização) • Análise da QEE ao nível da rede de distribuição • Identificação precisa das causas das perturbações de tensão • Apoio à implementação de esquemas alternativos de exploração Minimização da incidência/severidade de perturbações de tensão • Identificação de infra-estruturas críticas Suporte a algumas acções de manutenção • Identificação de Cliente potencialmente “poluidores” • Suporte à pesquisa, desenvolvimento e implementação de soluções de QEE ao nível da rede de distribuição Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE • Caracterização das necessidades de QEE dos Clientes • Apoio à identificação de sectores/equipamentos críticos nas instalações • Análise do comportamento desses equipamentos • Suporte à implementação de soluções para Clientes e PRE • Adopção de técnicas de imunização dos equipamentos críticos • Pesquisa de soluções caso-a-caso, quando necessário • Apoio na optimização da ligação de sistemas de geração à rede • Fornecimento de informação às entidades reguladoras Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP Metodologia de trabalho • 1ª Fase – Análise preliminar das instalações de Clientes ou PRE potencialmente sensíveis a perturbações de QEE • 2ª Fase – Monitorização da tensão ao nível de SE ou PTD de acordo com um plano previamente estabelecido • 3ª Fase – Análise causa/efeito – Registos de monitorização face às perturbações reportadas pelos Clientes ou PRE • 4ª Fase – Apresentação de conclusões e/ou recomendações • EDP Exploração e manutenção da rede • Clientes Equipamentos que sofreram perturbações Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 1 AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Defeito Barramento I Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Barramento II Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 1 Defeito numa linha MT do Barramento II • Curto-circuito num PS de Cliente Disparo com religação do disjuntor da linha MT • PS com humidade elevada e ruído característico de contornamentos Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 1 AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Defeito Amplitude: 14% Barramento I Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Amplitude: 51% Barramento II Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 1 AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Defeito • Clientes AT Cavas de tensão, de origem MT, com amplitudes inferiores • Clientes alimentados pelo BUS MT, independente, não sujeito a defeito Cavas de tensão com amplitudes muito inferiores Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 2 QEE fornecida a uma indústria automóvel • Estudos internacionais têm mostrado que as grande unidades industriais são tipicamente sujeitas entre 8 a 24 eventos QEE Interrupção de produção • Durante o ano 2005 – Este Cliente reportou 16 interrupções de produção com origem nas seguintes perturbações de QEE • 75% causadas por cavas de tensão • 19% causadas por interrupções breves 14 Nº of events 12 10 8 6 4 2 0 Overvoltages Long interruptions (t>3min) Short interruptions (t<3min) Main voltage disturbances Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Voltage dips Cava de tensão Amplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos) Causou uma perturbação de produção Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 2 Neste caso, as principais causas das perturbações de QEE • Interferência de cegonhas em linhas aéreas AT • Contactos acidentais de gruas em linhas aéreas, por terceiros • Descargas atmosféricas • Perturbações de tensão com origem na rede MAT • Defeitos na rede MT Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Melhoria de rede 2 Acções de melhoria desenvolvidas pela EDP • Monitorização permanente da QEE em AT e MT Apoio à decisão • Deslocalização da linha MT com maior incidência de defeitos • Optimização da configuração da rede AT face à sensibilidade do Cliente • Cavas amplitude 53% para durações < 500ms • Cavas amplitude 24% para durações > 500ms AT TP 1 Sub C Rede AT crítica TP 2 MT 1 (30kV) MT 2 (30kV) Sub A Sub B MT 3 (15kV) Rede AT – Malha fechada Rede AT – Configuração radial 60 kV 68 km 41 km 30 kV 4,3 km * 4,3 km * 15 kV 21,5 km 23,2 km Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Soluções para Cliente Soluções ao nível do equipamento crítico • Seleccionar equipamento com imunidade • Configurar rigorosamente os sistemas de protecção • Garantir o compromisso segurança/disponibilidade Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Soluções para Cliente Soluções ao nível do equipamento crítico • Explorar todas as funcionalidades do equipamento • Exemplo – Activação da função de controlo de subtensão em VEV (aproveitamento da energia cinética na presença de cavas de tensão) VEV ABB ACS600 400kW Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Ventilador 3.000 rpm Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Soluções para Cliente Tensão AC (rede) Tensão DC (VEV) 100% Ponto de disparo Velocidade (Motor) t1 t2 t1 – t3: Cava de Tensão Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica t3 t t2 – t3: Aproveitamento Energia Cinética Ventilador Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP – Soluções para Cliente Soluções ao nível do processo/instalação Sobretensões Variações de Frequência DVR Transitórios Cavas de Tensão Interrupções Soluções de elevada QEE UPS Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP Plataforma de monitorização da QEE • Monitorização remota de SE, PTD e PTC • Recolha periódica e automática dos dados de QEE • Armazenamento e gestão centralizada dos dados de QEE • Elaboração automática de relatórios • Disponibilização da informação de QEE • Vários Departamentos EDP Apoio à rede distribuição • Clientes • Optimização da exploração das instalações/equipamentos • Apoio na fase de planeamento de novas unidades industriais • Entidade Reguladora Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Experiência EDP Subestações com monitorização permanente Subestações em monitorização – 2º Trim. 2007 Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007 Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007 Final Obrigado pela atenção Contactos: António Amorim ([email protected]) Nuno Melo ([email protected]) Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007