qee – desequilíbrios · tensão e/ou corrente ... calcular o fator de desequilíbrio de acordo...
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QEE – DesequilíbriosQEE Desequilíbrios
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEIGrupo de Estudos da Qualidade da Energia Elétrica – GQEE
Prof. Fernando Nunes Belchior, [email protected]@unifei edu br
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
DistorçõesDistorções DesequilíbriosDesequilíbrios
HarmônicasHarmônicasFlickersFlickers
Itens que Itens que caracterizam uma caracterizam uma
rede com rede com problemasproblemasrede com rede com problemasproblemasde de qualidadequalidade
Variações no valor Variações no valor TransitóriosTransitórios
eficaz da tensãoeficaz da tensãoVariações de Variações de curta duraçãocurta duração
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Efeitos sobreEfeitos sobreEquipamentosEquipamentos
Fontes deFontes deDistúrbiosDistúrbios
EquipamentosEquipamentos
PropagaçãoPropagaçãod Ef itd Ef itQ lid d d E i Q lid d d E i dos Efeitosdos EfeitosQualidade da Energia Qualidade da Energia
ElétricaElétrica“qualquer desvio que possa “qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude forma ocorrer na magnitude forma ocorrer na magnitude, forma ocorrer na magnitude, forma
de onda ou freqüência da de onda ou freqüência da tensão e/ou corrente tensão e/ou corrente
elétrica ”elétrica ”
Normas eNormas eRecomendaçõesRecomendações
Técnicas deTécnicas deMediçãoMedição
elétrica...elétrica...
RecomendaçõesRecomendaçõesMitigação dosMitigação dos
ProblemasProblemas
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Desequilíbrios:Desequilíbrios:1.1. Conceitos e Definições;Conceitos e Definições;22 CC2.2. Causas;Causas;33 Efeitos;Efeitos;3.3. Efeitos;Efeitos;4.4. Métodos de Mitigação;Métodos de Mitigação;5.5. Legislação.Legislação.QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições1. Conceitos e Definições
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• Rápido crescimento de grandes cargas elétricasRápido crescimento de grandes cargas elétricasmonofásicas;
• Uso de linhas elétricas rurais monofásicas;
• Aumento de cargas trifásicas desequilibradas.
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“O desequilíbrio em um sistema elétrico trifásico é umaCONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITO
O desequilíbrio em um sistema elétrico trifásico é uma
condição na qual as três fases apresentam diferentes valoresç q p
de tensão em módulo (desbalanço) ou defasagem angular
entre fases diferentes de 120º elétricos (assimetria) ou, ainda,
as duas condições simultaneamente ”as duas condições simultaneamente.cV
•
hω
aV•
β1
β2
β3
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011bV
•
β2
CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema EquilibradoSistema Equilibrado
Sistema equilibrado de ‘n’ fases:
Impedâncias similares nas fases;
Sistema equilibrado de n fases:
Cargas similares ao longo dos circuitos;
Tensões de alimentação senoidais, de amplitudes iguais, edefasadas por ângulos consecutivos de 360º/n.p g
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema EquilibradoSistema Equilibrado
UmUm sistemasistema trifásicotrifásico ideal,ideal, livrelivre dede desequilíbriosdesequilíbrios ((balanceadobalanceado ee simétricosimétrico),),id did d ff AA f ê if ê i üê iüê i dd ff itiiti éé d dd d
Vc Va Vb Vc+
considerandoconsiderando aa fasefase AA nana referênciareferência ee seqüênciaseqüência dede fasesfases positivapositiva,, éé dadodado emem pupu porpor::
Vc Va Vb Vc.1, 0 0
.V A = ∠ °
120º w
Va1, 0 120
.V B = ∠ − °
120
120º
w
Vb
1, 0 120V C = ∠ + ° 120º
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Equilibrado – Diagrama TrifásicoSistema Equilibrado Diagrama Trifásico
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Equilibrado – Grandezas do Circuito
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado
• Fortescue (1918):
Sistema Desequilibrado
Decomposição em sistemas de seqüência positiva, negativa e zero(componentes simétricas).
Vc
VaVb
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes SimétricasComponentes Simétricas
+ -
Vc1
Va Vb Vc
Vb2
Va Vc Vb
Vao= Vbo= VcoVao= Vbo= VcoVb2
w w
Va1
V 2Va2
Vb1
Vc2
SequênciaP iti
Sequênciati
Sequência
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Positiva negativa zero
CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado – Representação FasorialSistema Desequilibrado Representação Fasorial
Vc1Vc1
VcVc2
VaVbVco
Va1Va2
VbVbo Vao
Vb1
Vb2
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado (desbalanceado) – Diagrama Trifásico
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado – Grandezas do Circuito
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOSistema Desequilibrado (Assimétrico) – Diagrama Trifásico
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOFonte Desbalanceada – Grandezas do Circuito
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CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes Simétricas
. . . .
0 1 2a a a aV V V V= + +
Componentes Simétricas
. . . .
0 1 2b b b bV V V V= + +. . . .
0 1 2c c c cV V V V= + +. .
2V a V× . .1 1
. .
2 2
b a
b a
V a V
V a V
= ×
= ×
1 1
. .2
c aV a V
V a V
= ×
= ×2 2
. .
0 0
b a
b a
V a V
V V
= ×
=
2 2
. .
0 0
c a
c a
V a V
V V
= ×
=1 120ºa = ∠QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
0 0b a 0 0c a
CONCEITOCONCEITOCONCEITOCONCEITOComponentes SimétricasComponentes Simétricas
. . . .
0 1 2a a a aV V V V= + +1 120ºa = ∠. . . .
20 1 2b a a aV V a V aV= + +
. . . .2
0 1 2c a a aV V aV a V= + +
• •
01 1 1a aV V⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥
• •
0 1 1 11
a aV V⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥• •2
12• •
1 1
b aa aV Va a
⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦
• •2
12• •
1 1 3
1a b
a aV Va a
⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦
2
1 c a
a aV V⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
• •
2
1 a c
a aV V
⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕES
Componentes Simétricas:
V Módulo da tensão de sequência negativa2 1001
V
V×
Módulo da tensão de sequência negativa
Mód l d t ã d ê i iti1V Módulo da tensão de sequência positiva
NEMA:
Máximo desvio das tensões em relação aovalor médio
100VΔMédia aritmética dos módulos das tensõestrifásicas
100Vmédio
×
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trifásicas
DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕES
CIGRÉ:
4 4 41 3 6100
1 3 6ββ
− −×
+ − ( )4 4 4
22 2 2
V V Vab bc ca
V V V
+ +
+ +1 3 6β+ − ( )V V Vab bc ca+ +
IEEE:
( )3 V Vmáx mín⋅ −Maior valor dentre os módulos dastensões trifásicas e menor valordentre os módulos das tensões( )3
100 %V Vmáx mín
V V Va b c⋅
+ +trifásicas
Módulo das tensões trifásicasQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
Módulo das tensões trifásicas
DEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESDEFINIÇÕESComparação
Fonte: José Carlos de Oliveira Fonte: José Carlos de Oliveira -- UFUUFU
Comparação
171819
FDV [%]
Comparação entre os fatores de desequilíbrio de tensão calculados 13
14151617
de tensão calculados pelos diferentes métodos
910111213
NEMAV2/V1CIGRE
5678
CIGREIEEE
1234
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00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Desequilíbrio imposto [%]
EXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIO
Calcular o fator de desequilíbrio de acordo comcomponentes simétricas em um sistema de energiacomponentes simétricas em um sistema de energiaque apresente as seguintes tensões:
Va = 219 ∠ 33º V• •⎡ ⎤ ⎡ ⎤Vb = 221 ∠ -90º V
Vc = 217 ∠ 150º V0
• •2
1 1 11 1
a aV V
a aV V
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥1
2• •
2
1 3
1 a b
a c
a aV Va a
V V
= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
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2a c⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
EXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIO
Calcular o fator de desequilíbrio de acordo comcomponentes simétricas em um sistema de energiacomponentes simétricas em um sistema de energiaque apresente as seguintes tensões:
Va = 219 ∠ 30º V• •⎡ ⎤ ⎡ ⎤Vb = 221 ∠ -90º V
Vc = 217 ∠ 150º V0
• •2
1 1 11 1
a aV V
a aV V
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥1
2• •
2
1 3
1 a b
a c
a aV Va a
V V
= ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
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2a c⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦
EXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIO
F M tl b E ll l lFazer um programa no Matlab ou Excell que calculeo desequilíbrio em um sinal elétrico trifásico,comparando os 4 métodos.
Em dupla – Enviar por email (até 01/07)[email protected]
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2. Causas2. Causas2. Causas2. Causas
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CAUSASCAUSASCAUSASCAUSASSistema desequilibrado de ‘n’ fases:
Tensões de alimentação senoidais, de amplitudes distintas, e/ou defasadas porTensões de alimentação senoidais, de amplitudes distintas, e/ou defasadas porângulos consecutivos distintos de 360º/n;
Combinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas principalmenteCombinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas, principalmentecargas especiais como fornos a arco e máquinas de solda, no mesmo sistema dedistribuição, sendo as cargas monofásicas desigualmente distribuídas ao longo dast ê f d i t
Em sistemas de transmissão de energia elétrica, devido às características dasimpedâncias das linhas aparecem desequilíbrios de tensão Uma das maneiras de se
três fases do sistema;
impedâncias das linhas, aparecem desequilíbrios de tensão. Uma das maneiras de seminimizar os seus efeitos é se fazer a transposição de fases nas torres de transmissãode energia elétrica. Em sistemas de distribuição, porém, isto é uma prática não usual, oque contribui para que o sistema permaneça desequilibrado
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que contribui para que o sistema permaneça desequilibrado.
Faltas fase-terra ou entre fases
CAUSASCAUSASCAUSASCAUSAS
Tipos de Fornos Elétricos a Arco
(a) Forno a Arco direto (b) Forno a Arco Submerso (c) Forno a Arco IndiretoForno à Arco IndiretoForno à Arco direto Forno à Arco Submerso
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Fornos Elétricos a ArcoCAUSASCAUSASCAUSASCAUSASFornos Elétricos a Arco
AT MT BTTransformadordo forno
Impedância decabos de ligação
Sistema desuprimento
Transformadorda indústria
Filtros de harmônicos
FAE c.a.PAC
Outrosconsumidoresconsumidores
Tensões (Vrms) x Tempo
[V]
86.000
84.000
82.000
Tens
ão [
80.000
78.000
76.000
74.000
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Van Vbn Vcn
08:4
7:52
09:2
2:52
10:0
1:52
10:3
9:52
11:1
8:52
11:5
6:52
12:3
5:52
13:1
3:52
13:5
3:33
14:3
1:33
15:1
0:33
16:0
3:07
16:4
2:07
17:2
0:07
17:5
9:07
18:3
7:07
19:1
6:41
19:5
4:41
20:3
3:41
21:1
1:41
21:5
0:41
22:2
8:41
23:0
7:41
23:4
5:54
00:2
4:54
01:0
2:54
01:4
0:54
02:1
9:54
02:5
7:54
03:3
6:54
04:1
4:54
04:5
4:14
05:3
2:14
06:1
1:14
06:4
9:14
07:2
8:14
08:1
2:04
08:5
1:04
0929
04
CAUSASCAUSASCAUSASCAUSASMáquinas de Solda
Máquina de solda controlada a tiristoresq
Forma de Onda típica de corrente
i (t)
t
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π
Outras Fontes de Desequilíbrios
CAUSASCAUSASCAUSASCAUSAS
Rebocadores, aceleradores de partícula de alta energia, suprimentos de
q
tração em áreas remotas, máquinas CA supercondutoras e aparelhos deraio-X;Combinação de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas, nomesmo sistema de distribuição, sendo as cargas monofásicasdesigualmente distribuídas ao longo das três fases do sistema;Sistemas de transmissão de energia elétrica, devido a característicasintrínsecas das impedâncias das linhas.
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3. Efeitos3. Efeitos3. Efeitos3. Efeitos
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Os equipamentos trifásicos operando com tensões d b l d (?) l t f i ã d f desbalanceadas (?) geralmente funcionarão de forma inadequada, podendo sofrer danos e redução da vida útil.q , p ç
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSi (a) + i (a)
v1 (a)(a)
Ai 1
(a) + i h(a)
f C te
Motores de Indução
vh
w1
f 1=C te
f h
Motores de Indução Trifásicos
+
- -
- T1,1 Th,h T1,hw h-Th,1
Aspectos Mecânicos:v1 (b)vh (b)
B
i 1 (b) + i h(b)+ + +
vh (b)
v1 (c)( )
Ci1 (c) + i h(c)
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vh (c)
Motores de Indução TrifásicosEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Motores de Indução Trifásicos
Potências Dissipadas
Enrolamento do Estator Enrolamento do Rotor22 22 )(3)(3 ++2
SS2
SSJS )I(R3)I(R3P des−+ +=
2RR
2RRJR )I(R3)I(R3P
des−−++ +=
)III(RP 222 ++= )III(RP 222 ++=
Perdas no Núcleo Magnético
)III(RP SSSSJS CABCABdes++= )III(RP RRRRJR CBAdes
++=
g
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=
−+
Fe
2S
Fe
2S
Fe R)V(
R)V(3P
des
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⎦⎣ FeFe
Motores de Indução TrifásicosEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Motores de Indução TrifásicosUm desequilíbrio de 2% nas tensões tornará as correntes 17% desbalanceadas e causará uma elevação de temperatura de 65° (quando normalmente seria de 40° ):uma elevação de temperatura de 65 (quando normalmente seria de 40 ):
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Elevação de temperatura de um MIT
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Elevação das perdas
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Elevação de temperatura Δθ
(ºC)
Tempo de vida útil(anos)
Redução de vida útil
(%)0 20 00 20 01 18,46 7,72 17,04 14,83 15 73 21 4
REDUÇÃO DE VIDA ÚTIL EM MOTORES DE INDUÇÃO:
3 15,73 21,44 14,54 27,3 5 13,43 32,86 12 42 37 96 12,42 37,97 11,49 42,58 10,63 46,89 9,84 50 8 9 9,84 50,8 10 9,11 54,415 6,24 68,820 4,31 78,4
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, 78,4
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Efeitos dos desequilíbrios de tensão em motores elétricos
Característica DesempenhoMotor Indução
Trifásico: 5 H 1725
Característica Desempenho
Tensão Média 230 230 230
% Deseq Tensão 0 3 2 3 5 4 5 Hp, 1725 rpm, 230 V, 60 Hz
% Deseq. Tensão 0,3 2,3 5,4
% Deseq. Corrente 0,4 17,7 40,0
Elevação Temperatura °C 0 25 40Elevação Temperatura, C 0 25 40
• aproximadamente 60% da energia produzida é consumida na alimentação de motores elétricos nos sistemas • aproximadamente 60% da energia produzida é consumida na alimentação de motores elétricos nos sistemas
industriais;
• um pequeno desequilíbrio de tensão - da ordem de 2,3 % - é responsável por um desequilíbrio de corrente - da
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p q q , p p q
ordem de 17 % - juntamente com uma elevação de temperatura de 30ºC;
• sabe-se que a cada 10ºC de elevação de temperatura, a vida útil da isolação de um motor elétrico diminui 50%.
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011Fonte: Fonte: AntönioAntönio Carlos Carlos DelaibaDelaiba -- UFUUFU
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos
Expressão de Arrhenius: Vida Útil
θλ kE
Ad −θkAe
dt=
Onde: dλ/dt - Taxa de redução da vida útil;A - constante do material;A constante do material;k - Constante de Boltzmman = 0,86x10-4 [eV];E - Energia de ativação (cte);
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g ç ( )θ - Temperatura absoluta em K.
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos
⎞⎛ ΔθE( ) ⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛Δ+
Δ−
= θθθθ
λλ nomnomkE
eλλ nome
O dOnde:
λ - Tempo de vida útil;
λnom - Tempo de vida útil nominal;
Δθ - Acréscimo de temperatura em 0C;
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θnom - Temperatura nominal do motor em K.
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução TrifásicosMotores de Indução Trifásicos
Surgimento de correntes de sequência negativa;Torque: os torques de rotor bloqueado e de frenagem diminuem. Em condiçõesextremamente severas o torque pode não ser o adequado para a aplicação;extremamente severas, o torque pode não ser o adequado para a aplicação;Velocidade nominal: a velocidade nominal diminui ligeiramente;Corrente de rotor bloqueado: o desequilíbrio desta corrente será da mesmaCorrente de rotor bloqueado: o desequilíbrio desta corrente será da mesmaordem que o desequilíbrio das tensões;Ruído e vibração: efeitos mais severos em motores de 2 pólos.
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso Equilibradoç q
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso Equilibradoç q
QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso ç
Desbalanceado
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso ç
Desbalanceado
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso ç
Assimétrico
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso Assimétricoç
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSMotores de Indução Trifásicos – Caso ç
Desequilibrado – desbalanço e assimetria
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Constituição Física - Retificação de 6 PulsosP
di
av a
L
L
ai
1T 3
T5
T
dv
dV0 b
v
cv
bL
cL
bi
ci
T T 2T
4 6 2
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSFormas de Onda das Tensões para o Retificador de 6 pulsos
Condições Ideais
Tensões Fase-Neutro
av bv cv
Fase-Neutro
Tensões F F
abv bcv cav bav cbv acv
Fase-Fase
Tensões do lado CC dv dV
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dv
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSFormas de Onda das Tensões e correntes no Retificador de 6 pulsosCondições Ideais
Tensões Fase-Neutro
av bv cv
Fase-Neutro
Corrente do lado CC
di
Correntes do lado CAai bi ci
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Conteúdo Harmônico da Corrente de Linha para o Retificador de 6 pulsosConteúdo Harmônico da Corrente de Linha para o Retificador de 6 pulsosCondições Ideais
Graph15
2000.0
4000.0
6000.0
8000.0(A) : t(s)
i(ii.a)
ç (A
)
-8000.0
-6000.0
-4000.0
-2000.0
0.0
t(s)
9.95 9.955 9.96 9.965 9.97 9.975 9.98 9.985 9.99 9.995
6 I
Constatações:20.00
25.00
1
1
6. 0, 78.dd
II I
II
π= =
=10.00
15.00
Vdn%
5, 7, 11, 13, ...6 1
nIn
nn k== ±
0.00
5.00
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
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Harmônicos Característicos → 6k±1 → 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, …Ordem Harmônica
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Graph26
800.0
Conteúdo Harmônico da Tensão CC para o Retificador de 6 pulsosConteúdo Harmônico da Tensão CC para o Retificador de 6 pulsosCondições Ideais
Tensão CC antes do Tensão CC antes do Reator de AlisamentoReator de Alisamento
(V)
400.0
500.0
600.0
700.0
0.0
100.0
200.0
300.0
t(s)
9.95 9.955 9.96 9.965 9.97 9.975 9.98 9.985 9.99 9.995
5.00
6.00
V33
Constatações:
2.00
3.00
4.00
VV
VVV
dn
fasefaseeficazm
d
100%
35,1330
×=
×== −π
0.00
1.00
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Ordem Harmônicaknn
VV
ddn
6...,24,18,12,6
100%0
==
×=
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kn 6=
Harmônicos Característicos → 6k → 6, 12, 18, …
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSConversores Estáticos de Potência CA-CC
Desequilíbrio dastensões de suprimento 0
av
bv
aL
bL
ai
bi Vi
Conversores Estáticos de Potência CA-CC
tensões de suprimentoem 10%
0 b
cv cL ci dVdv di
25.00
20.00
25.00
I
10.00
15.00
In%
IaIbIc
0.00
5.00
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Correntes de Linha do Retificador
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Ordem Harmônica
Harmônicos Não-característicos → 3, 9, 15, …
EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSConversores Estáticos de Potência CA-CC
Desequilíbrio das tensões de suprimento em 10%
Conversores Estáticos de Potência CA-CC
12.00
14.00
8.00
10.00
Vdn
%
2.00
4.00
6.00V
Tensão CC do Retificador antes do Reator de Alisamento
0.002 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Ordem Harmônica
Espectro Harmônico
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Espectro Harmônico
Harmônicos Não-característicos → 2, 4, 8, 10, 14, 16, 20, 22, …
Conversores Estáticos de Potência CA-CCEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOS
Conversores Estáticos de Potência CA-CC
• Operação indevida do sistema de retificação;
• Injeção de correntes harmônicas não-características no sistema supridor;
• Flutuações na tensão de saída do conversor.Flutuações na tensão de saída do conversor.
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EFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSEFEITOS SOBRE EQUIPAMENTOSOutros equipamentos
Sobretensões o s btensões em fases distintas
Outros equipamentos
Sobretensões ou subtensões em fases distintas;Flutuação da tensão de neutro (tensões de fase não- aterradas);Circulação de corrente no condutor de retorno;Instrumentos de proteção e de medição: erros de atuação e deInstrumentos de proteção e de medição: erros de atuação e de
leitura.
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EFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSGeradores Trifásicos
Fonte: Antönio Carlos Delaiba Fonte: Antönio Carlos Delaiba -- UFUUFU
BARRA2
Harmônicos desequilibrados e tensões desequilibradas
Geradores Trifásicos
BARRA 1138kV
BARRA 24,16 kV
Pn=10MW13,8 kV
BARRA3
T1
Pn = 10MW
P1 + jQ1 (fp = 0,85)Sn1 = 13MVA
Carga Desequilibrada
BARRA 30,44 kV
/ Y138/ 416kV
T2Sn = 25MVA
13,8 / 4,16 kVP2 + jQ2 (fp = 0,85)
Sn2 = 2MVA/ Y416/ 044kV
Vn = 13,8 kV
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4,16 / 0,44 kV
Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Gerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)Geradores Trifásicos
Tensões na armadura Espectro harmônico da tensão na armadura (v )
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armadura (vab)
Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Geradores TrifásicosGerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)
Correntes na armadura Espectro harmônico da tensão na armadura (ia)
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( a)
Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Geradores TrifásicosGerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)
Corrente no enrolamento de campo Espectro harmônico da corrente no enrolamento de campo
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enrolamento de campo
Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Geradores TrifásicosGerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)
Corrente no enrolamento amortecedor de eixo q
Espectro harmônico da corrente no enrolamento amortecedor de eixo q
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eixo q enrolamento amortecedor de eixo q
Geradores TrifásicosEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Geradores TrifásicosGerador com carregamento Não-Linear Desequilibrado (FD = 5%)
Conjugado mecânico Velocidade mecânicaQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
Conjugado mecânico Velocidade mecânica
Gerador de 25MVAEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOSEFEITOS COMBINADOS
Deterioração do sistema isolante do gerador, ou seja, este sofre um stress noisolamento, com a variação dos valores RMS de tensão;
Gerador de 25MVA
ç
O gerador sofre uma substancial alteração no seu comportamento térmico,conseqüentemente podendo reduzir a sua vida útil, devido a altos valores paraconseqüentemente podendo reduzir a sua vida útil, devido a altos valores paraas correntes de armadura, que superam o valor nominal;
Aumento dos níveis de tensão e corrente de excitação à medida que osAumento dos níveis de tensão e corrente de excitação à medida que osdesequilíbrios são intensificados;
A t l t t d i t d ãAs correntes nos enrolamentos amortecedores, em regime permanente, poderãoprovocar aquecimentos excessivos nas sapatas polares e uma conseqüenteredução na vida útil da máquina.
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4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação4. Métodos de Mitigação
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMétodos Clássicos:Δ V
a1 Δ V
a2+
Transformador regulador para controle do módulo da tensão;
Va
Vb
1 2
controle do módulo da tensão;
Transformador regulador para
Vc
Transformador regulador paracontrole da fase da tensão;
Transformador regulador para ocontrole independente do módulo e Δ V
a
Δ Va1
Enrolamentocomponente Δ V
a2
Enrolamentocomponente
controle independente do módulo eda fase da tensão.
Δ V2
Va+ Δ Va1 Δ V
a2+
Δ Va1
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Va
MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃO
N Alt tiNovas Alternativas:
Filtros passivos;Filtros ativos;DVR (Dynamic Voltage Restorer);Condicionadores Universais de Energia (UPFC, UPQC);Compensador de Desequilíbrios e de Quedas de Tensão (ADZ).
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
FACTS FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
ImplementaçãoImplementação aa partirpartir dodo finalfinal dada décadadécada dede 6060;;
gg yy
OO nomenome FACTSFACTS sósó passoupassou aa existirexistir aa partirpartir dede 19881988,, porpor HingoraniHingorani (vice(vice--presidentepresidente dodo EPRIEPRI ((EnergyEnergy PowerPower ResearchResearch InstituteInstitute))));;
OO conceitoconceito FACTSFACTS agrupaagrupa umum conjuntoconjunto dede novosnovos equipamentosequipamentos dede eletrônicaeletrônica dedepotênciapotência queque permitempermitem maiormaior flexibilidadeflexibilidade dede controlecontrole dosdos sistemassistemas elétricoselétricos;;pp qq pp
FlexibilidadeFlexibilidade entendeentende--sese comocomo aa capacidadecapacidade dede rápidarápida ee contínuacontínua alteraçãoalteração dosdosparâmetrosparâmetros queque controlamcontrolam aa dinâmicadinâmica dede funcionamentofuncionamento dede umum sistemasistema elétricoelétrico..pp qq
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Fonte: CAVALIERE, C. A. C. , Dissertação de Mestrado: “Análise de STATCOM Operando em Sistemas Desbalanceados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2001.
MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystemspp gg yy
CompensadoresCompensadores ligadosligados emem paraleloparalelo àà rederede;;CompensadoresCompensadores ligadosligados emem paraleloparalelo àà rederede;;
CompensadoresCompensadores ligadosligados emem sériesérie àà rederede..
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Fonte: CAVALIERE, C. A. C. , Dissertação de Mestrado: “Análise de STATCOM Operando em Sistemas Desbalanceados, Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, 2001.
MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA primeiraprimeira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando tiristorestiristores..
LigaçãoLigação emem paraleloparalelo àà rederede::LigaçãoLigação emem paraleloparalelo àà rederede::
TCRTCR ((ThyristorThyristor ControlledControlled ReactorReactor));;
TSCTSC ((Th ristorTh ristor S itchedS itched CapacitorCapacitor))TSCTSC ((ThyristorThyristor SwitchedSwitched CapacitorCapacitor));;
SVCSVC ((StaticStatic varvar CompensatorCompensator))..
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA primeiraprimeira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando tiristorestiristores..
LigaçãoLigação emem sériesérie àà rederede::
TSSCTSSC ((ThyristorThyristor SwitchedSwitched SeriesSeries CapacitorCapacitor));;
TCSCTCSC ((ThyristorThyristor ControlledControlled SeriesSeries CapacitorCapacitor))..
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA segundasegunda geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando autocomutadasautocomutadas tipotipo IGBTsIGBTs((InsulatedInsulated GateGate BipolarBipolar TransistorTransistor)) ouou GTOsGTOs ((GateGate TurnTurn OffOff ThyristorThyristor))..
CompensadorCompensador paralelo,paralelo, STATCOMSTATCOM ((StaticStatic SynchronousSynchronous ShuntShunt CompensatorCompensator))..
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA segundasegunda geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS utilizandoutilizando autocomutadasautocomutadas tipotipo IGBTsIGBTs((InsulatedInsulated GateGate BipolarBipolar TransistorTransistor)) ouou GTOsGTOs ((GateGate TurnTurn OffOff ThyristorThyristor))..
CompensadorCompensador série,série, SSSCSSSC ((StaticStatic SynchronousSynchronous SeriesSeries CompensatorCompensator))..
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA terceiraterceira geraçãogeração -- equipamentosequipamentos FACTSFACTS -- integraçãointegração dosdos equipamentosequipamentos sériesérie ee paraleloparaleloemem umauma mesmamesma linhalinha dede transmissãotransmissão..
UPFCUPFC ((UnifiedUnified PowerPower FlowFlow ControllerController)) -- equipamentoequipamento combinadocombinado dodo SSSCSSSC ee dodo STATCOMSTATCOM..
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MÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOMÉTODOS DE MITIGAÇÃOHarmônicos e DesequilíbriosHarmônicos e Desequilíbrios
Tipos de FACTS Tipos de FACTS -- flexibleflexible alternatingalternating currentcurrent transmissiontransmission systemssystems
AA quartaquarta geraçãogeração -- aa integraçãointegração dosdos equipamentosequipamentos sériesérie ee paraleloparalelo éé feitafeita emem linhaslinhas dedetransmissãotransmissão diferentesdiferentes::
IPFCIPFC ((InterlineInterline PowerPower FlowFlow ControllerController))..
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5. Legislação5. Legislação5. Legislação5. Legislação
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LEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃOLEGISLAÇÃO
PRODISTSub-Módulo 8
IEEE 519 - 1992
IEC 61000-4-30
CENELEC50160
Limites 2% 2% 2% 2%
PRODIST – Procedimentos de Distribuição – 2008 – Sub-módulo 8 – Qualidade da EnergiaElétrica;
IEEE 519 1992 IEEE R d d P ti d R i t f H i C t l iIEEE 519 – 1992 - IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control inElectrical Power Systems.
IEC 61000-4-30 – 2008 - Testing and Measurement Techniques - Power Quality Measurementg q Q yMethods;
CENELEC 50160 – 2007 - Voltage characteristics of electricity supplied by public distributionnetworks
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networks.
INDICADORESINDICADORESINDICADORESINDICADORESProcedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Sub-módulo 8
Para eliminar possíveis efeitos das componentes de sequência zero asPara eliminar possíveis efeitos das componentes de sequência zero, as
medições devem ser realizadas para as tensões fase-fase.
O valor de referência nos barramentos do sistema de distribuição, com
exceção da Baixa Tensão deve ser igual ou inferior a 2%exceção da Baixa Tensão, deve ser igual ou inferior a 2%.
Fator de Desequilíbrio - FD ≤ 2%QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
Fator de Desequilíbrio FD 2%
INDICADORESINDICADORESINDICADORESINDICADORES
Padrões de Desempenho da Rede Básica - ONS - Submódulo 2.2
O limite global nos barramentos da Rede Básicag(Vn ≥ 230 kV) é de :
FD ≤ 2%FD ≤ 2%
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QEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011
www.gqee.unifei.edu.br www.gqee.unifei.edu.br Em disciplinas / ECM 124 Em disciplinas / ECM 124 –– Qualidade Qualidade da da Energia IIEnergia II
OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO OBRIGADO PELA PELA
ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!
OBRIGADO OBRIGADO PELA PELA
ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!ATENÇÃO !!!
F I MF I MF I MF I MQEE II - Qualidade da Energia ElétricaProf. Fernando Nunes Belchior Itajubá, junho de 2011