qualidade da energia eléctrica

Qualidade da Energia EléctricaQualidade da Energia Eléctrica

Aníbal Traça de Almeida

28 de Maio de 2007.

ISR – Dep. de Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresISR – Dep. de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Universidade de CoimbraUniversidade de Coimbra

2ISR - Dep. de Engenharia Electrotécnica e de Computadores – Universidade de Coimbra

1ª Parte• Alguns conceitos sobre Qualidade da Energia Eléctrica (QEE).• Evolução do conceito.

2ª Parte• Avanços tecnológicos e alteração profunda da natureza das cargas.• Concorrência à escala global e margens de lucro em alguns sectores• Perturbações e “PQ Costs”• Economia Digital requer energia eléctrica com “Qualidade Digital”

3ª Parte• Clarificação dos deveres e direitos das partes.• O que fazer para maximizar a utilidade alcançável com a QEE

actualmente atingível e disponível.

SumárioSumário


Alguns conceitos sobre QEEAlguns conceitos sobre QEE

1. Qualidade na Onda– (designada também por Power Quality)

– “Produto” energia eléctrica onde todos os parâmetros estão muito próximos dos valores nominais que o definem (nível de tensão, sistema equilibrado e simétrico, frequência, onda sinusoidal…).

2. Fiabilidade no Fornecimento– (designada também por Power Reliability)

– Relacionada com a continuidade do fornecimento. A potência contratada deve estar “sempre” disponível e com qualidade na onda.

3. Qualidade Comercial– Engloba todos os serviços de interface com o cliente relacionados com o

fornecimento deste produto particular.


Natureza do processoNatureza do processo..

• Processo ainda assente maioritariamente em grandes centros produtores.• Funcionamento síncrono.• Oferta = procura em cada instante.• Sistema Distribuído de T&D até às cargas.

• A QEE no local de geração.

• Degradação introduzida pelo sistema de T&D.

• Degradação introduzida pelas cargas.

Factores que interferem com a QEE no sistema que a disponibiliza.Factores que interferem com a QEE no sistema que a disponibiliza.


Caracterização da Qualidade de Serviço actualCaracterização da Qualidade de Serviço actual

• O sistema de T&D está sujeito a factores perturbadores (alguns inevitáveis):1. Descargas atmosféricas,2. Quedas de tensão (e sobretensões) entrada e saída de grandes cargas,3. Contornamentos nos isoladores,4. Agressões físicas (acidentes, animais, erros humanos…).

• Podem-se mitigar estes factores mas não suprimi-los na totalidade.

• É assim em todo o mundo

• Estes factores provocam uma degradação cumulativa na QEE.

• Qualidade de serviço no cliente é a resultante da robustez do sistema global aos factores perturbadores.


Região segura de operação

Zona proibida de baixa perigosidade

Zona proibida de alta perigosidade

106%

87%

1000100

Ciclos101 1000,10,001 0,01

Tensãonom inal %

100%

50%

0%

150%

200%

250%

300%

20 m seg. 200 m seg. 2 seg. 20 seg.2 m seg.200m icroseg.

2

1

3

1

Tensão dentro dos lim ites.

Sobre tensão de m uito curta duração.

Cava de longa duração.

Interrupção de 2 segundos.

10 seg.

0,5

3

1

2

4

4

Curva CBEMA - “Computer Business Equipment Manufactures Association”, definida pelo EPRI (Tom Key) em 1978.

Banda de variação permitida 87 – 106% Valor Nominal

Curva CBEMA reflecte esta realidadeCurva CBEMA reflecte esta realidadeBase da EN 50160, do RQS, ...


Partes envolvidas no processo.Partes envolvidas no processo.

• Empresas do sistema eléctrico que englobam:– Produção, Transporte, Distribuição.

• Clientes– Residencial.– Comercial.– Industrial

• Fornecedores de equipamentos

• Entidade Reguladora

““Stakeholders”Stakeholders”


Evolução das exigênciasEvolução das exigências

Grandes avanços tecnológicos e alteração profunda da natureza das cargas• Estas são simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da QEE• As cargas não lineares são já 100% em alguns sectores.

• Concorrência à escala global• Margens de lucro marginais em alguns sectores• Perturbações causam quebra de produtividade - “PQ Costs”• EE factor crucial para a competitividade• “Economia Digital requer energia com “Qualidade Digital”


Nº de noves

Fiabilidade (%)

Tempos de interrupção

por anoTecnologias associadas / Exigências

3 99,9 8,7 horas Valor disponibilizado pelo sistemas de P&T&D tradicionais

4 99,99 52,5 minutos Valor máximo atingível com sistemas de P&T&D tradicionais.

6 99,9999 31,5 segundos Valor mínimo exigido pelas cargas da nova economia.

7 99,99999 3,15 segundos Melhores tecnologias de UPS com Gen-Sets e “Ride Through Capability”

9 99,9999999 31,5 milisegundos Energia é efectivamente adequada às actuais aplicações da economia digital.

10 99,99999999 3,15 milisegundos Valor ideal para a qualidade da energia.

Desadequação entre a QEE disponibilizada e a QEE requerida pelas cargas da nova economia.

Fiabilidade atingível e exigências actuais


Registos da QEE actualmente disponibilizadaRegistos da QEE actualmente disponibilizada

Cavas, micro-interrupções, picos transitórios, desequilíbrios entre fases, distorção harmónica, sobretensões, interrupções longas.

Monitorização e registo da qualidade da energia eléctrica à entrada de uma fábrica, durante um ano.

Duração (ciclos)

Curva ITIC

1 10 100 1000

Per

cen

tag

em d

a te

nsã

o n

om

inal


Perturbações evidenciada em MT em PortugalPerturbações evidenciada em MT em Portugal

Caracterização das perturbações à entrada de uma instalação industrial Região Centro de Portugal, ano de 2003.

Número de perturbações

Duração


Consequências da desadequaçãoConsequências da desadequação

• “PQ Costs” que são devidos a:1. Perdas de informação,2. Perdas de tempo de produção,3. Perdas de material em vias de fabrico,4. Custos de re-arranque e sintonia de processos,5. Perigos acrescidos para a segurança de pessoas e bens,6. Perda de credibilidade no mercado,7. Aumento dos impactos sobre o meio ambiente.

Sectores mais críticos• Todas as indústrias de processo contínuo• Todas as indústrias intensivas em TIC (não devidamente protegidas)


Como mitigar os problemasComo mitigar os problemas

Regulamentar:Regulamentar:

1. O nível mínimo de qualidade de serviço que as redes devem disponibilizar (RQS);

2. O nível de imunidade mínima que as cargas devem possuir “Ride Through Capability”;

3. A perturbação máxima admissível para todo o tipo de cargas sobre as redes.


Ponto de situaçãoPonto de situação

1. Regulamenta o nível mínimo de qualidade de serviço que as redes devem disponibilizar por região, por nível de tensão, etc…

• Regulamento da Qualidade de Serviço (RQS) - adoptado em Portugal e em plena aplicação e supervisão pela ERSE.

1. Regulamento da Qualidade de Serviço1. Regulamento da Qualidade de Serviço


Curva ITIC - “Information Technology Infrastructure Council”definida em 1996 e revista em 2000.

Outras referências SEMI F45, SEMI F47…

2. Nível de imunidade mínima das cargas

Zona de robustezZona de robustezdas cargasdas cargas


3. Zona de não avarias

2. Zona pro ib ida

1. Zonaperm itida

Curva ITICCurva ITIC

(“Information Technology Infrastructure Council”)

CUSTOS

Diferentes tecnologias para implementação da “Ride Through Capability”

Electrón. de Potência

Armaz. de energia

Electrón. de Potência

Armaz. de energia

Capacid. de geração

Projecto dos equipam.


• Imposição de limites para a Poluição Harmónica (T. Ind. e THD)– Normas IEEE 519, IEC 61.xxx, etc.

• Controlo da perturbação ao nível de cada componente individual– Actuação preventiva (novas topologias e novas tecnologias,– Actuação curativa

3. Máxima perturbação admissível para as cargas

Sistemas de filtragem PASSIVA, ACTIVA e HÍBRIDA.


Quando é necessária fiabilidade superior à da redeQuando é necessária fiabilidade superior à da rede

Picos

Cavas

VariaçõesFrequência

M icro-Cortes

Transitórios

Energia comQualidade

TecnologiasReparadoras

• “Ride Through Capability” pode ser efectuada:

– Ao nível de um dado componente crítico,– De um determinado receptor específico,– De uma instalação completa,– De um grupo de instalações ou clientes (Subestação ou P.T.)

• Envolve sempre investimentos – e custos – adicionais.

Uso de tecnologias reparadorasUso de tecnologias reparadoras


Interrupções Longas(2003)Interrupções Longas(2003)Local e Data, No Consumidores , Duração e Amplitude (GW) do CorteLocal e Data, No Consumidores , Duração e Amplitude (GW) do Corte

•Canada and USA (14-8-03)

•50.000.000

•24 hours

•61.800 GW

•Birmingham(5-9-03)

•20.000

•11 minutes

•253 GW

•London(28-8-03)

•410.000

•47 minutes

•720 GW

•South of Sueden and East of Denmark (23-9-03)

•4.000.000

•2 hours

•6.600 GW•Italy,except Sardinia (28-9-03)

•60.000.000

•20 hours

•27.702 GW


Apagão na Europa – 4/Novembro/2006Apagão na Europa – 4/Novembro/2006

• 15 milhões de consumidores afectados na Europa

• Duração de uma hora com cortes substanciais:

• França, 6,400 MW • Alemanha-Oeste 2,550 MW • Italia 2,250 MW, • Espanha 2,100 MW • Portugal 1,100 MW

http://www.ucte.org/pdf/Publications/2007/Final-Report-20070130.pdf


Causa - Corte uma linha de 400 kV na Alemanha !Causa - Corte uma linha de 400 kV na Alemanha !(sem respeitar regras de segurança)(sem respeitar regras de segurança)

Às 22-10 a rede europeia partiu-se em 3 Zonas


ConclusõesConclusões

• É fundamental possuir uma visão alargada e rigorosa sobre a problemática da QEE.

• Não existe qualidade total e fiabilidade a 100% em nenhuma parte do mundo.

• As medidas efectivas de melhoria devem traduzir-se numa atitude preventiva em torno dos seguintes domínios:

1. Adquirindo formação sobre novas metodologias e tecnologias ao serviço da QEE,

2. Maximizando a qualidade atingível com os sistemas de P&T&D tradicionais,

3. Efectuando uma selecção rigorosa dos novos equipamentos conversores:

• Mais eficientes,

• Menos poluidores,

• Com maior imunidade (ou robustez!) aos fenómenos perturbadores.

• A combinação destas medidas induz – de forma directa - grandes benefícios na melhoria da produtividade e do aumento da competitividade de todos os sectores onde sejam integradas.

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