Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs)
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Qualidade de Energia1
Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs)
� Segundo o IEEE, tais fenômenos englobam tempos desde 0,5 ciclo até 1 minuto. � “voltage sag”: afundamento (depressão, redução)
a tensões compreendidas entre 0,1 e 0,9 pu. (redução a tensões inferiores a 0,1 pu, o fenômeno é classificado como interrupção de curta duração). � “swell” elevações (saliências) de tensão de curta
duração a níveis acima de 1,1 pu.
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Qualidade de Energia2
Causas Principais de VTCDs
� Ocorrência de faltas na rede elétrica(caráter aleatório)� Nos defeitos mais freqüentes (fase-terra), há o
surgimento de um transitório de curtíssima duração(alguns ciclos, no máximo), com afundamento datensão na fase defeituosa e, geralmente, elevação detensão nas fases sãs. Verifica-se este comportamentonão só no alimentador onde se dá o defeito, maspelo menos em todos aqueles alimentados pelamesma subestação supridora, perdurando até queseja acionada a proteção da rede.
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Qualidade de Energia3
Fenômenos na Qualidade de EnergiaVariações de Curta Duração
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Qualidade de Energia4
Fenômenos na Qualidade de EnergiaVariações de Curta Duração
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Qualidade de Energia5
Causas Principais de VTCDs
� manobras de grandes cargas na rede, principalmente partida de grandes motores.� No caso da partida de
grandes motores de indução, cuja corrente associada pode atingir de 6 a 10 vezes o valor da corrente nominal, a queda de tensão também pode ser significativa
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Qualidade de Energia6
Susceptibilidade dos Equipamentos
� A ocorrência de afundamento de tensão pode causar
sérios prejuízos a consumidores industriais.
� Com a utilização cada vez maior de equipamentos
eletrônicos no controle de processos, tais como PLCs
(Controladores Lógicos Programáveis) e ASDs
(Acionamentos de Velocidade Variável), que são
vulneráveis a variações de tensão, a questão do
controle e limitação das variações momentâneas de
tensão se torna fundamental na eficiência do processo
produtivo.
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Qualidade de Energia7
Susceptibilidade dos Equipamentos
� Equipamentos de informática:
� norma do IEEE (Std 446 de 1987 e atualizada em 1995)
� curva da CBEMA (Computer Business Equipment
Manufacturers Association).
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Qualidade de Energia8
Susceptibilidade de PLCs e ASDs
PLCsASDs
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Qualidade de Energia9
Susceptibilidade de Contatores
� Atuação indevida de contatores e relés
auxiliares, devido a falha de energização das
bobinas dos primeiros;
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Qualidade de Energia10
Equipamentos Eletrodomésticos
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Qualidade de Energia11
Susceptibilidade dos Equipamentos
� Extinção de lâmpadas de descarga, que
necessitam de uma tensão mínima para seu
funcionamento:� As lâmpadas de mercúrio se extinguem quando a tensão cai por volta
de 80 % da tensão nominal e requerem um certo tempo para se reacenderem.
� Perda de sincronismo de máquinas síncronas.
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Qualidade de Energia12
Equipamentos Mais Sensíveis
� Industriais:�- Acionamentos de velocidade variável;�- Microcomputadores;�- Controladores lógicos programáveis;�- Contatores.
�Residenciais�- Microcomputadores;�- Aparelhos de videocassete;�- Forno microondas;�- Relógios digitais.
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Qualidade de Energia13
Exemplo de Monitoramento
Amplitude Duração (s)
(pu) 0.01 a
0.02
0.02 a
0.10
0.10 a
0.50
0.50 a
1.00
1.00 a
3.00
3.00 a
20.0
20.0 a
60.0
60.0 a
180.0
Total
0.10 a 0.15 151 50 20 6 4 5 0 0 236
0.15 a 0.30 38 84 50 32 3 1 0 0 208
0.30 a 0.60 6 65 132 11 2 0 0 0 216
0.60 a 0.99 0 22 71 11 5 0 0 0 109
0.99 a 1.00 0 0 0 0 10 4 1 1 16
Total 195 221 273 60 24 10 1 1 785
0.0
1 a
0.0
2
0.0
2 a
0.1
0
0.1
0 a
0.5
0
0.5
0 a
1.0
0
1.0
0 a
3.0
0
3.0
0 a
20.0
20.0
a 6
0.0
60.0
a 1
80.0
0.10 a 0.15
0.15 a 0.30
0.30 a 0.60
0.60 a 0.99
0.99 a 1.00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Nú
me
ro d
e d
ep
res
sõ
es
Duração da Depressão (s)
Valor da
Depressão (p.u.)
Figura 9 - Levantamento de Depressões por Ano 37 pontos
saídas de SEs 138/13.8kV
1 ano
Amantegui, J. et alli.
“Characterisation of Voltage
Dips in Electrical Networks
and their Impact on Customer
Installations”. CIGRE Task
Force 36-104.
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Qualidade de Energia14
Medidas Preventivas
� Agir nas causas das mesmas;
� Atuar na sensibilidade dos equipamentos.
�CUSTO/ BENEFÍCIO
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Qualidade de Energia15
Atuação nas Causas
• Alterações e reforços na rede elétrica:• Cabos multiplexados (taxa de ocorrência);• Impedâncias dos cabos (amplitude);• Rede subterrânea (taxa de ocorrência);• Maior potência de curto-circuito (amplitude e duração);• Maior número de alimentadores, com alguns dedicados a cargas mais
importantes (amplitude).
� Sistema de proteção:• Tempos de atuação e número de ciclos de abertura do religador.• Proteções digitais (duração).
� Procedimentos operacionais por parte da empresaconcessionária:
• Programa periódico de poda de árvores;• Programa de limpeza de isoladores;• Programa de manutenção preventiva;• Programa de monitoramento das conexões elétricas da rede.
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Qualidade de Energia16
Atuação na Sensibilidade Dos Equipamentos
� Deve-se também contemplar a possibilidade futura de se terequipamentos menos sensíveis, através principalmente dasseguintes ações:� Especificação e fabricação de componentes com menor sensibilidade
(ação a longo prazo);� Fabricação de equipamentos que incluam fontes internas para casos de
contingências.
� Outra medida que pode ser contemplada é a Instalação derecuperadores dinâmicos de tensão (Dynamic Voltage Restore -DVR). Estes equipamentos podem ser justificáveis para cargasgrandes e muito importantes, dado seu alto custo.
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Qualidade de Energia17
Magnitude de VTCDs em um consumidor industrial
0% - 10%
44%
10% - 20%
34%
20% - 30%
10%
30% - 40%
10%
> 50%
0%
40% - 50%
2%
0% - 10%
10% - 20%
20% - 30%
30% - 40%
40% - 50%
> 50%
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Qualidade de Energia18
Exemplo de VTCD devido a defeito em rede de distribuição
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Qualidade de Energia19
�Entre os principais fatores que influenciam os afundamentos de tensão estão: �Tipo de Falta;�Localização da Falta;�Impedância de Falta;�Conexão dos Transformadores;�Tensão Pré-falta;�Desempenho do Sistema de Proteção.
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Variáveis – distribuição de probabilidades
Qualidade de Energia20
0
1
ImpDef(ohm)
Pro
babili
dade a
cum
ula
da
Impedancia de Falta
ImpDefk
Pak
0
1
ImpDef(ohm)
Pro
babili
dade a
cum
ula
da
Impedancia de Falta
ImpDefk
Pak
0
1
Pro
ba
bili
dad
e a
cum
ula
da
Tipo de Falta
CC3f CCff CCfft CCft
A
B
C
0
1
Pro
ba
bili
dad
e a
cum
ula
da
Tipo de Falta
CC3f CCff CCfft CCft
A
B
C
0
1
Comp(Km)
Pro
bab
ilid
ad
e a
cu
mu
lad
a
Comprimento
Comp3
Pa3
0
1
Comp(Km)
Pro
bab
ilid
ad
e a
cu
mu
lad
a
Comprimento
Comp3
Pa3Pa3
Pro
babili
dade a
cum
ula
da
Falhas/ano
Trecho 1 Trecho 2 Trecho 3 Trecho N…..
Pa1
Pa2
Pan
Trecho 1
NF3
NF1
NF2
NFn
Pa3
Pro
babili
dade a
cum
ula
da
Falhas/ano
Trecho 1 Trecho 2 Trecho 3 Trecho N…..
Pa1
Pa2
Pan
Trecho 1
NF3
NF1
NF2
NFn
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Método de Monte Carlo
Qualidade de Energia21
� O método de Monte Carlo consiste em serem simulados diferentescenários das combinações de variáveis aleatórias. Em cada cenário,são avaliadas as grandezas de interesse, no caso VTCDs nas barrasem análise.
� Assim, um cenário é estabelecido pela geração de 4 númerosaleatórios e, conforme distribuições de probabilidades, sãodeterminados:� Trecho em defeito� Tipo de defeito� Impedância de defeito� Local do defeito
� A partir destes valores, o programa de curto circuito avalia osvalores correspondentes.
F(x)
x
y´
x´
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Método Analítico –Enumeração de Estados
Qualidade de Energia22
� A metodologia Analítica, consiste:
� Cada faixa de cada variável possui um peso:� Peso devido ao comprimento do trecho;� Peso devido ao tipo de falta;� Peso devido á resistência de falta;� Peso total é a multiplicação destes pesos
NFaxCMP
FF FFF FT FFT
Comprimento do Trecho
Tipo Curto
Impedância de Falta Fase-Fase
Impedância de Falta Fase-Terra
NFaxImpF NFaxImpF
NFaxImpT
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - -
- - - -
NFaxCMP
FF FFF FT FFT
Comprimento do Trecho
Tipo Curto
Impedância de Falta Fase-Fase
Impedância de Falta Fase-Terra
NFaxImpF NFaxImpF
NFaxImpT
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - -
- - - -
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Qualidade de Energia23
Exemplo de cálculo de VTCD
V =1.0 puZ1
V SagZ2
Ponto de Falta
Zf
Fonte
VsagZ Z
Z Z Z
f
f
=+
+ +
2
1 2
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Qualidade de Energia24
Duração – tempos de típicos de eliminação de defeitos
Tempo de eliminação (ciclos)
Tipo de equipamento Valor
mínimo
típico
Atraso típico Religamento
s
Fusível de expulsão 0.5 0.5 - 120 Nenhum
Fusível limitador de
corrente
0.25 ou
menos
0.25 - 6 Nenhum
Religador eletrônico 3.0 1.0 - 30 0 a 4
Disjuntor a óleo 5.0 1.0 - 60 0 a 4
Disjuntor SF6 ou a vácuo 2.0 - 3.0 1.0 - 60 0 a 4
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Qualidade de Energia25
Área de vulnerabilidade para uma dada carga do sistema
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Qualidade de Energia26
Protocolo de medição
� Permitir, de forma fácil, a inclusão de metodologias adicionais de tratamentonumérico, de forma que o mesmo equipamento possa ser utilizado nas diferentesfases do processo de regulamentação;
� Realizar amostragem da tensão nas três fases com, no mínimo, 64 amostras porciclo.
� Caracterizar o início da ocorrência de VCD quando pelo menos uma das fasesapresentar VCD e seu término quando todas as fases não a apresentarem;
� Permitir que os valores-limite de caracterização de VCD (por exemplo entre 0.9 e 0.1pu da tensão declarada para depressão, segundo algumas normas e acima de 1.1pu da tensão declarada para saliência) sejam alterados, até mesmo durante oprocesso de medição;
� Disponibilizar duração e amplitude de cada VCD; a amplitude será o valor máximoencontrado no período observado; a duração será o intervalo compreendido entreseu início e término;
� Possibilitar uma forma de tratamento estatístico de uma bateria de variações decurta duração, de forma que se possa quantificar a taxa de ocorrência numdeterminado período (por exemplo um ano).
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Qualidade de Energia27
Protocolo de medição
� Os seguintes aspectos podem ser citados como os mais relevantes nadetecção de variações de curta duração:
a) quanto à forma de cálculo do valor eficaz- taxa de amostragem mínima necessária- intervalo de integração (janela) para cálculo do valor eficaz- instante inicial do intervalo de integração (deslocamento angular)- fórmula de cálculo do valor eficaz
b) quanto às grandezas monitoradas- fase-neutro, fase-fase, ou outras- simultaneidade de medição das diferentes grandezas
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Qualidade de Energia28
Cálculo do valor eficaz a partir de amostragem
N
V
V
N
1k
2k
ef
=
=
tensão
-160-150-140-130-120-110-100
-90-80-70-60-50-40-30-20-10
0102030405060708090
100110120130140150160
wt
v
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Qualidade de Energia29
Tamanho da janela...Forma de onda
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 1 2 3 4 5 6
Tempo (ciclos)
Te
ns
ão
(p
u)
Tensão eficaz calculada a cada amostra
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 1 2 3 4 5 6
Tempo (ciclos)
Te
ns
ão
efic
az
(p
u)
janela de 1/2 ciclo
janela de 1 ciclo
janela de 2 ciclos
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Qualidade de Energia30
Tamanho da janela...
CCFF3-A2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tempo (ciclos)
Tensão insta
nt. (
V)
CCFF3-A2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tempo (ciclos)
Tensão e
ficaz (
V)
janela de 1/2 ciclo
janela de 1 ciclo
janela de 2 ciclos
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Qualidade de Energia31
Indicadores - SARFIx
� Um Indicador usado para a avaliação do desempenho doSistema é SARFIx (System Average RMS (Variation) FrequencyIndex Voltage ) definido como a relação entre Ni / NT . Para umconsumidor representa o número de VTCDs com valor além dolimiar, em um dado período.
� x: limiar da tensão eficaz da VTCD, com os possíveis valores: 140,120, 110, 90, 80, 70, 50, e 10%� Ni: número de consumidores afetados por desvios momentâneos
de tensão com magnitude maiores que X% para X > 100 ou abaixode X% para X < 100, devido a um evento medido i.� NT: número de consumidores supridos pela seção do sistema a ser
avaliado
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Qualidade de Energia32
SARFIx