Uma Metodologia de Gerenciamento da qualidade da Energia Elétrica
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Uma Metodologia de Gerenciamento da qualidade da Energia Elétrica
3RQWLItFLD8QLYHUVLGDGH&DWyOLFDGH0LQDV*HUDLV Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica 8PD0HWRGRORJLDGH*HUHQFLDPHQWRGD 4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 'pOLR(GXDUGR%DUURVR)HUQDQGHV Dissertação de Mestrado PPGEE – 06/99 Orientador: Prof. Dr. Mário Fabiano Alves Abril de 1999 Délio Eduardo Barroso Fernandes 80$0(72'2/2*,$'(*(5(1&,$0(172'$ 48$/,'$'('$(1(5*,$(/e75,&$ Dissertação Apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Elétrica da Pontíficia Universidade Católica de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica, elaborada sob a orientação do Prof. Dr. Mário Fabiano Alves Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Belo Horizonte 1999 FICHA CATALOGRÁFICA Fernandes, Délio Eduardo Barroso F363m Uma metodologia de gerenciamento da qualidade da energia elétrica / Délio Eduardo Barroso Fernandes. - Belo Horizonte, 1999. 124f.: il. Orientador: Prof. Dr. Mário Fabiano Alves. Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Bibliografia. 1. Sistemas de energia elétrica - Equipamentos e acessórios Monitoração. 2.Energia elétrica - Controle de qualidade. 3. Banco de dados - Gerência. I. Alves, Mário Fabiano II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. III. Título. CDU:621.3 iii “Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina” (Cora Coralina) iv $JUDGHFLPHQWRV Aos meus pais Anníbal e Norma, meus familiares e amigos. Ao meu orientador e professor Dr.Mário Fabiano Alves. Aos professores do mestrado. Ao Prof. Dr Luiz Danilo Barbosa Terra. Aos colegas do mestrado e funcionários da PUC. À ELETROBRÁS e CEMIG. v 6XPiULR Lista de Figuras e Tabelas .............................................................................................. vii Siglas e Acrônimos......................................................................................................... x Resumo ......................................................................................................................... xii Abstract .......................................................................................................................... xiii Organização do Trabalho................................................................................................ xiv Capítulo 1 - Introdução.................................................................................................. 15 1.1 Relevância e Objetivo...................................................................................... 17 1.2 Escopo e Metodologia ..................................................................................... 19 1.3 Contribuição .................................................................................................... 20 Capítulo 2 - Qualidade de Energia Elétrica e sua Monitorização..................................... 21 2.1 Considerações iniciais ..................................................................................... 21 2.1.1 Definição ............................................................................................ 22 2.1.2 Classificação e Terminologia dos fenômenos de QEE ......................... 24 2.2 Distúrbios eletromagnéticos considerados ....................................................... 25 2.2.1 Transitórios ......................................................................................... 28 2.2.2 Variações de tensão ............................................................................. 28 2.2.2.1 Variações de tensão de curta duração ...................................... 28 2.2.2.2 Variações de tensão de longa duração...................................... 30 2.2.3 Harmônicos ......................................................................................... 32 2.3 Monitorização da Qualidade de Energia Elétrica ............................................. 33 2.3.1 Equipamentos monitores de QEE ........................................................ 34 2.3.2 Ajuste dos equipamentos monitores..................................................... 39 2.3.3 Locais de Monitorização...................................................................... 41 2.3.4 Objetivos de Monitorização ................................................................. 42 2.3.5 Pesquisas de campo ............................................................................. 44 2.3.6 Período de Monitorização .................................................................... 44 2.4 Parâmetros de referência para análise da QEE ................................................. 45 2.4.1 Variações de tensão ............................................................................ 46 2.4.2 Harmônicos ......................................................................................... 49 2.4.3 Transitórios ......................................................................................... 51 vi 2.5 Caracterização e medição dos distúrbios eletromagnéticos .............................. 54 2.5.1 Caracterização geral dos fenômenos de QEE ....................................... 54 2.5.2 Amostragem de dados e identificação de variações.............................. 56 2.5.3 Caracterização dos fenômenos considerados........................................ 58 2.5.3.1 Variações de tensão ................................................................. 58 2.5.3.2 Harmônicos ............................................................................. 63 2.5.3.3 Transitórios ............................................................................. 65 Capítulo 3 - Desenvolvimento de um Banco de Dados de QEE ...................................... 67 3.1 Considerações sobre o banco de dados de QEE ............................................... 67 3.2 Bancos de dados relacionais ............................................................................ 68 3.3 Objetos de dados ............................................................................................. 68 3.3.1 Distúrbios ............................................................................................ 69 3.3.2 Locais de Monitorização...................................................................... 71 3.3.3 Ocorrências de campo ......................................................................... 72 3.3.4 Valores de referência ........................................................................... 72 3.3.5 Parâmetros de aferição......................................................................... 73 3.4 Projeto do banco de dados ............................................................................... 74 3.5 Inserção de dados / Interface de dados............................................................. 77 3.6 Recuperação de dados / informações ............................................................... 82 3.7 Relatórios ........................................................................................................ 82 3.8 Filtragem e tratamento de dados ...................................................................... 87 Capítulo 4 - Estudo de caso ............................................................................................ 90 Caso 1 – Monitorização no sistema interno de uma indústria siderúrgica............... 91 Caso 2 – Monitorização na interface consumidor/concessionária........................... 100 Caso 3 – Monitorização da alimentação de uma rede de computadores ................. 107 Capítulo 5 – Conclusões ................................................................................................. 114 5.1 Proposição para Futuros Trabalhos .................................................................. 115 Referências Bibliográficas e bibliografia complementar ................................................. 117 Anexos ........................................................................................................................... 125 Anexo 1 - Documentação do banco de dados Anexo 2 - Formulário de pesquisa de campo vii /LVWDGH)LJXUDV 01 – Distúrbios de tensão típicos, idealizados ................................................................. 26 02 – O fluxo de correntes harmônicas através da impedância do sistema promove a distorção da tensão ................................................................................................. 32 03– Zonas de interesse na monitorização da qualidade da energia elétrica..................... 34 04 – Curva CBEMA – Computer Business Equipment Manufacturers Association ........ 47 05 – Curva ITIC Information Technology Industry Council............................................ 48 06 - Amostragem de uma forma de onda - valores instantâneos periódicos são registrados. Um envelope de tensão é utilizado como gatilho para registro de deformação de forma de onda................................................................................. 57 07 - Construção computacional de um afundamento de tensão idealizado para 50% de amplitude e 3 ciclos de duração sobre valores instantâneos .................................... 60 08 - Formas de onda de um afundamento de tensão para 50 % idealizado. Valor eficaz nas bases de 1/2 ciclo e de 1 ciclo, linhas de limiar e histerese ............................... 61 09 – Afundamento de tensão na fase A de um sistema de 138 kV. O envelope de tensão indica valores médios quadráticos mínimos, médios e máximos. O limiar inferior de tensão foi fixado em 75kV................................................................................. 62 10 – Transitório oscilatório de tensão na fase B de um sistema em 79kV. O valor de pico alcançado é de 347 kV positivos e 99,4 kV negativos ..................................... 66 11 - Estrutura de organização de objetos de distúrbios e suas associações com os eventos ................................................................................................................... 71 12 - Diagrama básico de entidades e relacionamentos ................................................... 76 13 - Fluxo de transferência dinâmica de dados ............................................................... 78 14 - Formulário de entrada de dados de pesquisa de Qualidade de Energia Elétrica........ 79 15 - Formulário de entrada de dados de locais de monitorização .................................... 80 16 - Formulário de entrada de dados de medição ............................................................ 80 viii 17 - Formulário de entrada de dados de parâmetros de monitorização ............................ 81 18 - Formulário de entrada de dados de ocorrências de campo ....................................... 81 19 - Fluxo de informações e o sentido de redução da quantidade de dados ..................... 89 20 – Diagrama unifilar simplificado da indústria siderúrgica analisada e a localização dos pontos de monitorização .................................................................................. 92 21 – Envelope de tensão formado pelo valor eficaz mínimo e máximo, para um intervalo de 15 dias ................................................................................................ 94 22– Envelope de tensão formado pelo valor eficaz mínimo e máximo, tomados em um intervalo de tempo menor, de 2 dias ....................................................................... 94 23 – Distribuição de freqüência em faixas de tensão de valor eficaz para os valore mínimos, médios e máximos, para o intervalo de 15 dias ....................................... 95 24 – Tendências de valor eficaz de corrente para um intervalo de 6 dias ........................ 96 25 – Tendências de distorção de demanda total - DDT para um intervalo de 6 horas ...... 98 26 – Espectro de freqüências da distorção harmônica de corrente para um intervalo de 6 horas ...................................................................................................................... 98 27 – Tendências de distorção harmônica de tensão para um intervalo de 6 horas............ 99 28 – Diagrama simplificado do sistema elétrico da concessionária, indicando a localização da indústria de interesse ....................................................................... 101 29 – Distribuição de freqüência de afundamentos de tensão por faixas de amplitude...... 102 30 – Distribuição de freqüência de afundamentos de tensão por faixas de duração ......... 102 31 – Distribuição de freqüência de ocorrências de afundamentos de tensão por faixas de duração e amplitude ............................................................................................... 103 32 – Distribuição de freqüência das ocorrências de transitórios de tensão por faixas de amplitude (Picos positivos)..................................................................................... 105 33 – Distribuição de freqüência das ocorrências de transitórios de tensão por faixas de hora do dia ............................................................................................................. 106 34 – Diagrama simplificado da rede de computadores monitorizada............................... 107 ix 35 – Distribuição de freqüência de afundamentos de tensão por faixas de amplitude...... 109 36 – Distribuição de freqüência de afundamentos de tensão por faixas de duração ......... 110 37 – Distribuição de freqüência de ocorrências de afundamentos de tensão por faixas de duração e amplitude ............................................................................................... 111 38 – Pontos duração x amplitude traçados sobre a curva CBEMA .................................. 112 39 – Pontos duração x amplitude traçados sobre a curva ITIC ........................................ 113 /LVWDGH7DEHODV 01 - Categorias e características típicas de fenômenos eletromagnéticos conforme recomendação IEEE 1159 – 1995........................................................................... 25 02 - Principais causas dos fenômenos eletromagnéticos conforme recomendação IEEE 1159 – 1995............................................................................................................ 27 03 – Limites de distorção de corrente para sistemas de distribuição em geral (de 120 V a 69kV). IEEE Std 519- 1992.................................................................................... 50 04 – Limites de distorção de tensão para sistemas da concessionária. IEEE Std 519 1992 ...................................................................................................................... 51 05 – Valores de pico padrão de transitórios para determinação de parâmetros de projeto ou teste. Categorias de localização A e B. IEEE C62.41- 1991............................... 52 06 – Valores de pico padrão de transitórios para determinação de parâmetros de projeto ou teste. Categorias de localização B e C. IEEE C62.41- 1991............................... 53 07 - Atributos de classificação geral dos fenômenos de QEE segundo IEC..................... 55 08 – Composição básica dos objetos de dados dos distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica abordados ...................................................................................... 70 09 – Informações da consulta ao banco de dados para registros de tensão eficaz. ........... 93 x 10 – Informações estatísticas sobre os registros de tensão eficaz da consulta ao banco de dados...................................................................................................................... 93 11 – Informações da consulta ao banco de dados para registros de valor eficaz de corrente .................................................................................................................. 96 12 – Informações estatísticas sobre os registros de corrente eficaz da consulta ao banco de dados ................................................................................................................. 96 13 – Informações da consulta ao banco de dados para os objetos de harmônicos de corrente .................................................................................................................. 97 14 – Informações da consulta ao banco de dados para os registros de afundamento de tensão ..................................................................................................................... 101 15 – Informações estatísticas sobre os registros de afundamentos de tensão da consulta ao banco de dados .................................................................................................. 101 16 – Freqüência acumulada de ocorrências de afundamentos de tensão por faixas de amplitude e duração ............................................................................................... 103 17 – Informações da consulta ao banco de dados sobre transitórios ................................ 104 18 – Informações estatísticas sobre os registros de transitórios da consulta ao banco de dados...................................................................................................................... 104 19 – Informações da consulta ao banco de dados sobre afundamentos de tensão ............ 108 20 – Informações estatísticas sobre os registros de afundamentos de tensão da consulta ao banco de dados .................................................................................................. 108 21 – Freqüência acumulada de afundamentos de tensão para o local 10 ......................... 110 6LJODVH$FU{QLPRV ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ANSI - American National Standards Institute API - Application Program Interface xi AVV – Acionador à Velocidade Variável, ASD - Adjustable Speed Drive BMI - Basic Measuring Instruments CA - Corrente alternada CBEMA - Computer Business Equipment Manufacturers Association CC - Corrente contínua CEA - Canadian Electricity Association CEM - Compatibilidade Eletromagnética CIGRÉ - Conference Internationale des Gands Réseaux Electriques à Haute Tension CRT – Cathode-ray tube DFT - Discrete Fourier Transform DDT - Distorção de Demanda Total, TDD - Total Demand Distortion DHC - Distorção Harmônica de Corrente, THDI - Total Harmonic Distortion DHT - Distorção Harmônica de Tensão, THDV - Total Harmonic Distortion EMI – Electromagnetic Interference EPRI - Electric Power Research Institute FFT - Fast Fourier Transform GCOI – Grupo Coordenador da Operação Interligada GCPS – Grupo Coordenador de Planejamento dos Sistemas Elétricos IEC - International Electrotechnical Commission IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers PAC - Ponto de Acoplamento Comum PAI - Ponto de Acoplamento Interno (instalação comercial) PLC - Programmable Logic Controller, controlador lógico programável RFI – Radio Frequency Interferency RVM - Recording Volt/Ammeter, gravador voltímetro / amperímetro SQL - Structured Query Language UPS - Uninterruptble Power Supply, fonte de alimentação ininterrupta xii 5HVXPR Com a evolução recentemente experimentada pelos equipamentos de monitorização de qualidade de energia elétrica, surge a possibilidade de monitorar sistemas elétricos de potência em larga escala. Uma rede de monitores, instalada em pontos específicos do sistema elétrico, pode gerar uma grande quantidade de informações, sob diferentes formas de registro de variações na tensão ou corrente do sistema monitorizado. Isto sugere o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento que defina critérios de tratamento de informações a fim de minimizar a quantidade de dados armazenados e maximizar a eficiência de sua análise, uma vez definido o objetivo específico da monitorização. O desenvolvimento de um sistema com estas características, objetivo desta dissertação, pode ser descrito pelos seguintes tópicos: i - Definição de critérios de aquisição de dados: as grandezas monitorizadas devem ser adequadas ao armazenamento em um banco de dados. Para isso deve-se extrair dos dados da medição suas características mais representativas. Os dados provenientes dessa caracterização, juntamente com informações sobre o sistema elétrico, além de parâmetros de referência para comparação, são armazenados em um banco de dados relacional. ii – Definição de critérios de recuperação de dados e gerenciamento do banco de dados: os dados de qualidade de energia armazenados são processados através de filtros digitais, definidos para diferentes objetivos da monitorização, tais como a verificação de limites padronizados, a geração de estatísticas etc.. O objetivo global do banco de dados, consiste na produção automatizada de relatórios que auxiliem no gerenciamento da qualidade de energia em um sistema elétrico. xiii $EVWUDFW Power Quality monitoring equipment now available provide the possibility of large scale power system monitoring, with the generation of literally gigabytes of recorded data. This leads to the necessity of establishing a Power Quality Management System with properly defined data acquisition criteria and data retrieval and management methods. Based on a research work being developed, a proposal for establishment of such system are presented with the following main topics being addressed: i - Data acquisition criteria: the registered disturbances can generate data in different fashions, allowing different levels of analysis. Criteria for data generation must consider its specific use, such as to minimize data storage and maximize the efficiency of analysis. ii - Definition of a management methodology and criteria for data retrieval and database management. The online/offline generated PQ data must be processed on digital filters, defined to achieve specific goals, such the verification of standardized limits, the generation of statistics and so on. The overall objective of the database being the automated production of reports aimed at the management of the system’s power quality xiv 2UJDQL]DomRGRWUDEDOKR &DStWXOR,QWURGXomR Este capítulo introduz o tema, apresentando os objetivos, a relevância e o escopo. Faz um apanhado da revisão bibliográfica descrevendo o estado da arte no gerenciamento da qualidade da energia elétrica. Introduz o trabalho proposto e apresenta sua contribuição. &DStWXOR±4XDOLGDGHGDHQHUJLDHOpWULFDHVXDPRQLWRUL]DomR Neste capítulo é feita a formulação do problema “gerenciamento da qualidade da energia elétrica”, quando são apresentadas as definições e a terminologia. É feita uma descrição da monitorização da qualidade da energia elétrica e são levantadas as questões relevantes que envolvem uma pesquisa de qualidade de energia elétrica. Os distúrbios de qualidade de energia elétrica tratados são detalhados e uma forma de caracterização para cada um destes distúrbios é proposta. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGH4(( Este capítulo descreve a estruturação de um banco de dados relacional de qualidade da energia elétrica. São apresentados conceitos sobre bancos de dados relacionais e é descrita a estrutura de banco de dados proposta. É tratada a questão da interface de dados e de sua inserção no banco de dados. Finalmente são descritas as formas de recuperação e apresentação de dados. &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Este capítulo descreve a utilização do banco de dados na avaliação de três diferentes casos. As informações contidas no banco de dados são recuperadas através de consultas específicas e apresentadas sob a forma de gráficos e valores. &DStWXOR±&RQFOXV}HV Neste capítulo são apresentadas as conclusões sobre as expectativas e o desempenho obtido da metodologia de gerenciamento proposta. Finalizando, são apresentadas proposições para futuros trabalhos. 15 &DStWXOR,QWURGXomR &DStWXOR ,QWURGXomR Consumidores de energia elétrica, comerciais e industriais vêm, cada vez mais, necessitando de um elevado grau de desempenho do fornecimento da energia elétrica por eles consumida. Isto ocorre pela crescente sofisticação dos processos de controle e pela crescente utilização de computadores e equipamentos sensíveis a variações na qualidade da energia elétrica. Estas variações são provocadas por fenômenos tais como harmônicos, transitórios, variações de tensão de curta duração etc., que compreendem uma série de fenômenos eletromagnéticos cuja quantificação permite determinar a qualidade da energia elétrica suprida a um determinado consumidor. Os afundamentos de tensão receberam, nos últimos anos, uma maior atenção dos pesquisadores, com ampla discussão para se definir uma terminologia e classificação adequadas, verificar a sensibilidade das cargas ou das plantas industriais a este tipo de variação de tensão [01, 02, 03, 04, 05] e prever os problemas associados e as possíveis soluções para os questões que deles advêm [06, 07, 08, 09]. Os harmônicos e seus efeitos vêm sendo motivo de extenso estudo desde a década de 70. Ultimamente, pesquisas vêm sendo desenvolvidas no sentido de predizer efeitos de um grande número de cargas distribuídas [10, 11], como, por exemplo, uma grande concentração de computadores pessoais em um centro comercial, e de seu impacto sobre o sistema elétrico [12], além da possibilidade da mitigação deste fenômeno, quando produzido por este tipo de carga [13, 14]. Os harmônicos produzidos devido à operação de conversores de estado sólido, tipos de sistema de conversão com uso cada vez mais comum na indústria, os problemas deles decorrente e suas soluções de mitigação [15, 16] vêm, também, sendo estudados no contexto da qualidade da energia elétrica. 16 &DStWXOR,QWURGXomR A monitorização da qualidade de energia elétrica, registrando variações nos parâmetros do sistema elétrico, surge como uma ferramenta de análise capaz de qualificar o desempenho do fornecimento de energia elétrica dentro de critérios de conformidade adotados, por exemplo, em contrato firmado entre a companhia de distribuição e um consumidor industrial. Os primeiros monitores de energia datam dos anos 60 [17]. Desde então, inovações como indicadores luminosos de distúrbios, mensagens em texto registrando a ocorrência de distúrbios, gráficos e análises harmônicas foram sendo implementados. Atualmente, sistemas de monitorização conectados em rede e capazes de monitorar, simultaneamente, a qualidade de energia elétrica e o fluxo de potência, são disponíveis. Com novos equipamentos de medição surgem possibilidades de análise das características de potência1 que, através do registro gráfico de variações eletromagnéticas em um sistema elétrico, permitem a caracterização de distúrbios ou cargas perturbadoras. Estas curvas características tornam possível a identificação das fontes que contribuem para a deterioração da qualidade de energia elétrica, facilitando a análise de informações e tornando-as mais acessíveis [18]. O avanço no desenvolvimento de monitores de energia, monitores de distúrbios ou monitores de qualidade de energia se deu, mais recentemente, concomitante ao desenvolvimento de grandes projetos de monitorização. Durante 1990, o EPRI (Electric Power Research Institute) foi encarregado de um estudo para determinação da qualidade de energia nos alimentadores de distribuição nos EUA. O projeto incluiu a participação de 24 concessionárias ao longo de todo o país, proporcionando uma diversidade geográfica e de práticas de operação [19]. Em 1991 a CEA (Canadian Electrical Association) realizou estudo semelhante, ao longo de 3 anos, em 550 locais de monitorização (divididos em grupos comercial, industrial e residencial), monitorizados durante um período de 25 dias cada um [20]. Outros projetos de monitorização, com o 1 Do inglês 3RZHU VLJQDWXUHV – Designação dada às curvas características que se identificam com determinados distúrbios ou determinadas cargas. &DStWXOR,QWURGXomR 17 objetivo de coletar informações sobre a qualidade de energia elétrica, têm acontecido em diversas partes do mundo como na França, Noruega, Alemanha e Inglaterra [21]. Uma metodologia de gerenciamento da qualidade de energia elétrica, visando utilizar as possibilidades deste tipo de monitorização e direcionando seus resultados para diferentes fins de análise, compreende o tema desta dissertação. 5HOHYkQFLDH2EMHWLYR Nos últimos anos, a organização do setor elétrico em todo o mundo vem sofrendo alterações em sua estrutura tradicional, conhecida pela integração vertical da geração, transmissão e distribuição de eletricidade [22]. Em face à conjuntura econômica, da globalização dos mercados e da necessidade de competitividade das industrias, o setor elétrico vem experimentando uma mudança de paradigma. Isto inclui, de um modo geral, a transformação da geração, transmissão e distribuição de energia elétrica em unidades de negócio especializadas. Neste novo modelo, a geração de energia elétrica passa a ser uma atividade livre, regulada pela competição e com livre acesso às linhas de transmissão. A distribuição e transmissão de energia elétrica, atividades com característica monopolista, necessitam de uma regulamentação que contemple os vários aspectos que permitam a aferição da qualidade da energia elétrica suprida. Índices de confiabilidade passam a ser uma importante ferramenta de aferição de desempenho destas atividades, garantindo a competitividade e os investimentos necessários. Os índices de confiabilidade existentes e atualmente aplicados mostram-se insuficientes quando se deseja mensurar a qualidade de energia elétrica, a qual se refere, também, a uma série de outras variações, além da informação de ocorrências de interrupções no fornecimento de energia elétrica. O gerenciamento da qualidade de energia elétrica é relevante tanto para os fornecedores quanto para os consumidores de energia elétrica. As novas tendências no setor energético, no que diz respeito ao fornecimento de energia elétrica, indicam a necessidade de consumidores e fornecedores conhecerem a qualidade de energia &DStWXOR,QWURGXomR 18 negociada. Com base neste conhecimento é possível firmar contratos de fornecimento detalhados. Assim, ambas as partes podem se beneficiar do suprimento de uma energia elétrica de qualidade. Os consumidores de energia elétrica, em especial os comerciais e industriais, têm utilizado, cada vez mais, equipamentos sensíveis em seus processos. A susceptibilidade destes equipamentos tem como conseqüência o comprometimento da qualidade de produtos e serviços. Além disto, a paralisação em processos produtivos representa custos elevados. Por parte dos fornecedores de energia elétrica há a necessidade de um maior conhecimento sobre a qualidade da energia elétrica oferecida aos usuários. Há uma tendência da mudança de filosofia de relacionamento com usuários da forma reativa (atendendo a reclamações dos usuários) para a forma pré-ativa (propondo soluções aos usuários). Fato que exige a necessidade de um acompanhamento dinâmico do comportamento do sistema ao longo dos vários pontos de conexão de consumidores. Um sistema de gerenciamento pode auxiliar fornecedores e consumidores de energia elétrica para que estes possam planejar, projetar e operar o sistema elétrico, de forma a garantir a compatibilidade deste com os equipamentos e processos que ele supre. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia de gerenciamento da qualidade da energia elétrica em sistemas elétricos, que possa subsidiar, através de informações organizadas por uma ferramenta computacional, consumidores e fornecedores de energia elétrica, no acompanhamento e diagnóstico das questões relativas à qualidade da energia elétrica. Esta ferramenta consiste, basicamente, de um banco de dados relacional, estruturado com base em objetivos específicos e capaz de fornecer, de forma simples e automatizada, relatórios que atendam a estes objetivos. (VFRSRH0HWRGRORJLD &DStWXOR,QWURGXomR 19 A monitorização da qualidade de energia elétrica é uma tarefa que envolve uma série de etapas, com destaque para a medição, a caracterização dos fenômenos eletromagnéticos, a organização das informações e o desenvolvimento de relatórios. A medição, em seu aspecto tecnológico ou metodológico, bem como a análise da informação final, no sentido de diagnosticar as causas dos problemas de qualidade de energia elétrica, estão fora do escopo deste trabalho. O gerenciamento da qualidade de energia elétrica envolve, além da monitorização de parâmetros do sistema elétrico, outros aspectos que também devem ser considerados sob a forma de informações organizadas. Dentre estes aspectos, pode-se citar as características de diferentes processos industriais, diferentes sistemas elétricos, a normalização aplicável e características de cargas. O esforço desta dissertação concentra-se na análise de toda esta informação, na maneira de estruturá-la e na forma de recuperá-la e apresentá-la com maior consistência. Através de uma revisão bibliográfica em artigos de instituições, publicações especializadas, documentações técnicas e normas ou recomendações, a questão do gerenciamento da qualidade de energia é formulada. É desenvolvido o projeto de um banco de dados, capaz de suportar informações oriundas de equipamentos de monitorização de qualidade de energia elétrica e informações relacionadas aos demais aspectos de sua gerência. Neste esforço inclui-se o desenvolvimento de uma metodologia de interface de dados entre a medição e o banco de dados. O sistema é então exposto à verificação experimental pela monitorização de diferentes pontos do sistema elétrico, pela transferência da informação para o banco de dados e pela recuperação da informação sob a forma de relatórios. &RQWULEXLomR &DStWXOR,QWURGXomR 20 Esta dissertação se insere em um conjunto de trabalhos envolvendo o tema Qualidade da Energia Elétrica. Dentre estes trabalhos estão o estudo de critérios e normas aplicáveis à qualidade da energia elétrica [23] e o estudo de metodologias aplicáveis à medição da qualidade da energia elétrica. A expectativa é que esta dissertação possa contribuir para o conjunto destes trabalhos como uma ferramenta de análise dos distúrbios eletromagnéticos que afetam a qualidade da energia elétrica. O trabalho proposto foi sintetizado em um artigo técnico “Development of an Automated Power Quality Management System” [24], apresentado no ,(((3(6 ±7UDQVPLVVLRQDQG'LVWULEXWLRQ&RQIHUHQFHDQG([SRVLWLRQ, realizado em 1HZ2UOHDQV de 11 a 16 de abril de 1999 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 21 &DStWXOR 4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR &RQVLGHUDo}HVLQLFLDLV O termo qualidade de energia elétrica, muito utilizado atualmente, vem reunir uma série de antigos e novos conceitos utilizados em engenharia elétrica. Problemas que eram tratados individualmente pelos engenheiros vêm recebendo um enfoque sistêmico. Existem algumas razões que justificam esta mudança no modo de tratar a questão [25]: 1 - Os equipamentos elétricos são, na atualidade, mais sensíveis a variações de qualidade de energia elétrica do que os equipamentos utilizados no passado. Muitos dos novos equipamentos possuem controles dotados de microprocessadores e dispositivos de eletrônica de potência, sensíveis a diversos tipos de distúrbios. 2 - Muitos sistemas e/ou processos são conectados em rede. Em processos contínuos, a falha de um dos componentes tem conseqüências importantes, podendo resultar na interrupção de todo o processo. 3 - A crescente ênfase na necessidade de obtenção de um aumento global da eficiência do sistema elétrico vem estimulando o aumento do uso de dispositivos que promovam esta eficiência. Dispositivos como acionadores a velocidade variável (AVV), utilizados com esses objetivos, resultam no aumento dos níveis de correntes harmônicos no sistema elétrico, com impacto direto na qualidade da energia elétrica. 4 - O aumento de uma consciência sobre a questão de qualidade de energia elétrica, por parte dos consumidores, faz crescer o nível de informações sobre questões como, por exemplo, interrupções, afundamentos de tensão e transitórios. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 22 'HILQLomR Diferentes definições de qualidade de energia elétrica são encontradas. As diferenças justificam-se por uma questão de referência. Concessionárias, consumidores e fabricantes de equipamentos têm diferentes pontos de vista com relação às definições do termo. O fornecimento de energia elétrica de forma confiável, com a tensão fornecida dentro dos limites normalizados, é o que se deve esperar dos sistemas das concessionárias. Entretanto, o fornecimento da energia elétrica, de forma contínua e isenta de perturbações não é uma tarefa realista. Boa qualidade no suprimento de energia não significa uma energia perfeita. A utilização normal de eletricidade gera perturbações e a ocorrência de problemas no sistema elétrico, provocados por fenômenos naturais ou por ações deliberadas sobre o sistema, irá sempre acontecer. A natureza dessas perturbações, sua severidade e sua freqüência de ocorrência, irá variar de um local para outro do sistema, afetando as cargas dos consumidores e ,em muitos casos, sendo afetadas por estas. [26], [27]. Qualidade de energia elétrica pode ser definida como a ausência relativa de variações de tensão provocadas pelo sistema da concessionária, particularmente a ausência de desligamentos, flutuações de tensão, transitórios e harmônicos, medidos no ponto de entrega de energia. Esta é uma definição vista sob o enfoque da identificação de qual é o nível de qualidade da energia fornecida pela concessionária. Do ponto de vista do consumidor, a qualidade de energia elétrica pode ser definida como sendo a ausência de variações manifestadas na tensão, corrente ou freqüência que resultem em falhas ou má operação de seus equipamentos [25]. Perturbações provocadas por outros consumidores, ou mesmo pela carga do próprio consumidor, afetam a percepção deste em relação à qualidade da energia elétrica. Alguns tipos de dispositivos ou equipamentos elétricos, incluindo grande parte dos equipamentos que utilizam novas tecnologias como, por exemplo, os conversores &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 23 estáticos, provocam perturbações na rede (distorções harmônicos, flutuações de tensão e desequilíbrios), que degradam a qualidade da energia fornecida pela concessionária e podem alterar o desempenho ou mesmo danificar outros equipamentos. A questão agrava-se com a proliferação do uso de equipamentos eletrônicos, tanto a nível industrial quanto a nível comercial e residencial. Esses equipamentos apresentam um duplo problema para o sistema. Além de serem muito sensíveis às variações de tensão, transitórios e harmônicos, contribuem para aumentar o fluxo harmônico no sistema. Todo equipamento é projetado para operar dentro de uma certa faixa de tensão. A maioria de problemas de tensão, associados aos computadores e outras cargas sensíveis, não é devido, simplesmente, à ocorrência de tensões de regime fora da faixa normal de operação, mas sim a variações de tensão de curta duração. O problema torna-se mais complicado devido ao fato de que a sensibilidade dos equipamentos a essas variações de tensão é diferente em cada caso. Equipamentos distintos de uma mesma categoria, porém de fabricantes diferentes, apresentam níveis diferentes de sensibilidade. Os sistemas de potência e seus componentes são basicamente projetados para atender às cargas lineares ou cargas com um nível bem pequeno de correntes harmônicos. Entretanto, com a proliferação de cargas geradoras de harmônicos, os sistemas elétricos, tanto os das concessionárias quanto os dos consumidores, passaram a ter que conviver com o problema da distorção da onda de tensão e suas conseqüências. Do ponto de vista acadêmico, qualidade de energia elétrica é a disponibilidade da energia elétrica, com forma de onda senoidal e pura, sem alterações na amplitude, emanando de uma fonte de potência infinita [28]. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 24 &ODVVLILFDomRH7HUPLQRORJLDGRVIHQ{PHQRVGH4XDOLGDGHGH(QHUJLD (OpWULFD O IEEE vem, através do comitê 22 (IEEE SCC22), juntamente com outras entidades internacionais (IEC, CIGRE), coordenando normalizações junto à chamada comunidade de qualidade de energia elétrica [25]. A terminologia, bem como a classificação, basicamente definidas pela amplitude e duração dos fenômenos eletromagnéticos, são apresentadas na tabela 1, [29]. 25 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 7DEHOD&DWHJRULDVHFDUDFWHUtVWLFDVWtSLFDVGHIHQ{PHQRVHOHWURPDJQpWLFRVFRQIRUPH UHFRPHQGDomR,(((± !"# Transitórios Impulsivos Nanossegundos 5ns (tempo de subida) <50 ns Microssegundos 1 $ s (tempo de subida) 50 ns - 1 ms 0.1ms (tempo de subida) >1ms Baixa freqüência < 5kHz 0,3 - 50 ms 0 - 4 pu Média freqüência 5 - 500 kHz 20 $ s 0 - 8 pu Alta freqüência 0,5 - 5 MHz 5$ s 0 - 4 pu Afundamentos de tensão 0,5 - 30 ciclos 0,1 - 0,9 pu Saltos de tensão 0,5 - 30 ciclos 1,1 - 1,8 pu Interrupção 0,5 ciclos - 3 s < 0,1 pu Afundamentos de tensão 30 ciclos - 3 s 0,1 - 0,9 pu Saltos de tensão 30 ciclos - 3 s 1,1 - 1,2 pu Milissegundos Oscilatórios Variações de curta duração Instantâneas Momentâneas Temporárias Interrupção 3 s - 1 min < 0,1 pu Afundamentos de tensão 3 s - 1 min 0,1 - 0,9 pu Saltos de tensão 3 s - 1 min 1,1 - 1,4 pu Interrupção sustentada > 1 min 0,0 pu Subtensões > 1 min 0,8 - 0,9 pu Sobretensões > 1 min 1,1 - 1,2 pu Regime permanente 0,5 - 2 % Variações de longa duração Desbalanceamento de tensão Distorção de forma de onda Componente CC (%&' Harmônicos Inter-harmônicos ( ()*+ ) Regime permanente 0 - 0,1 % 0 - 100 o H Regime permanente 0 - 20 % 0-6 kHz Regime permanente 0-2% Corte (,'+ &-. /10 ) Ruído Flutuações de tensão Variações de freqüência Regime permanente Broad band Regime permanente 0 - 1% < 25 Hz Intermitente 0,1 - 7 % < 10 s 26 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 'LVW~UELRVHOHWURPDJQpWLFRVFRQVLGHUDGRV Na discussão deste trabalho, são tratadas três das diversas categorias de fenômenos eletromagnéticos descritos segundo recomendação do IEEE [29]. São elas os transitórios, as variações de tensão e os harmônicos. Uma grande parte dos problemas de qualidade de energia elétrica pode ser devidamente coberta pelo estudo destas três categorias abordadas (Figura 1). Dos fenômenos tratados, segundo classificação do IEC [29], as variações de tensão e os componentes harmônicos são fenômenos conduzidos de baixa freqüência, os transitórios impulsivos são fenômenos irradiados de alta freqüência e os transitórios oscilatórios são fenômenos conduzidos de alta freqüência. 'LVW~UELRVGHWHQVmRWtSLFRV HG EF C DB ? @A 2.0 Salto de tensão Interrupção rápida 1.0 0.0 -1.0 -2.0 0.00 ]\ Z[ X YW T UV Afundamento de tensão 2.0 0.05 0.10 Harmônicos 0.15 2435768:9 ;3<>= 0.20 0.25 0.30 7UDQVLWyUL Transitório impulsivo R 1.0 0.0 -1.0 -2.0 0.30 0.35 0.40 0.45 IKJL7MN:O PJQSR 0.50 0.55 0.60 )LJXUD±'LVW~UELRVGHWHQVmRWtSLFRVLGHDOL]DGRV A ocorrência de distúrbios eletromagnéticos está relacionada a uma série de fatores identificados da operação normal de determinadas cargas ou dispositivos em um sistema &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 27 elétrico ou da ocorrência de fenômenos naturais que afetam o sistema elétrico (Tabela 2). 7DEHOD3ULQFLSDLVFDXVDVGRVIHQ{PHQRVHOHWURPDJQpWLFRVFRQIRUPHUHFRPHQGDomR,((( &DWHJRULDV 3ULQFLSDLV&DXVDV Transitórios Impulsivos Descargas atmosféricas Oscilatórios Energização de bancos de capacitores Variações de curta duração Afundamentos de tensão Faltas, chaveamento de cargas pesadas, partida de grandes motores Salto de tensão Faltas - Curto circuito fase-terra provocando elevação de tensão na fase sem falta Interrupção Faltas, falhas em equipamentos, disfunção de controle Variações de longa duração Interrupção sustentada Falhas de natureza permanente e que necessitam de intervenção manual para sua restauração Subtensões Ligação de cargas, desligamento de banco de capacitores Sobretensões Desligamento de cargas, ligação de banco de capacitores Desbalanceamento de tensão Desbalanceamento de cargas, anomalias em bancos de capacitores Distorção de forma de onda Nível de CC Distúrbios geomagnéticos, retificação de meia onda Harmônicos Características não lineares de cargas e dispositivos Interharmônicos Conversores estáticos de freqüência, ciclo conversores, motores de indução e dispositivos a arco. Cortes Operação normal de dispositivos de eletrônica de potência Ruído Dispositivos eletrônicos, circuitos de controle, equipamentos a arco, retificadores de estado sólido, fontes chaveadas Flutuações de tensão Fornos a arco Variações de freqüência Saída de grande bloco de cargas ou perda de um grande gerador &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 28 7UDQVLWyULRV Os transitórios são classificados como impulsivos ou oscilatórios. transitórios impulsivos são repentinas variações, unidirecionais em polaridade, nas condições de regime permanente de tensão, corrente, ou ambas. Eles são caracterizados por seus tempos de subida e decaimento, pelo conteúdo espectral e pela máxima amplitude alcançada2 e são classificados em três categorias de acordo com seu tempo de subida. transitórios impulsivos podem excitar circuitos ressonantes do sistema elétrico produzindo os transitórios oscilatórios, que consistem em tensões ou correntes que têm a polaridade de seus valores instantâneos mudada rapidamente. Estes são caracterizados pelo conteúdo espectral de sua freqüência predominante, duração e amplitude, e são classificados em três categorias de acordo com sua freqüência de oscilação. Os transitórios oscilatórios ocorrem, também, devido a operações de comutação e chaveamento de circuitos elétricos. 9DULDo}HVGHWHQVmR Variações de tensão são alterações no valor médio quadrático de uma tensão (pode-se também classificar variações de corrente desta forma). Estas variações são classificadas conforme sua duração e amplitude como na tabela 1. Elas são divididas em variações de curta duração, de até um minuto, e variações de longa duração, mais longas que um minuto. 9DULDo}HVGHWHQVmRGHFXUWDGXUDomR As variações de tensão de curta duração são variações que vão de 0,5 ciclo até 1 minuto, subdividindo-se em variações instantâneas momentâneas e temporárias. Estas variações são, geralmente, causadas por a condições de falta no sistema, energização de cargas que requerem grandes correntes de partida, ou por perdas de conexão intermitentes no 2 Um transitorio impulsivo indicado por 1,2/50ms 2000 V atinge seu valor máximo (2000 V) em 1,2ms e decai à metade deste valor em 50 ms. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 29 cabeamento do sistema. Dependendo da localização da falta e das condições do sistema, podem ocorrer interrupções, afundamentos de tensão ou saltos de tensão. ,QWHUUXSo}HVUiSLGDV Uma interrupção rápida ocorre quando a tensão eficaz da fonte ou a corrente de carga decresce a menos que 0.1 pu, por um período de tempo entre 0,5 ciclo e 1 minuto. As interrupções rápidas são resultado de faltas no sistema, falhas em equipamentos e mal funcionamento de dispositivos de controle. Quando causadas por faltas no sistema da concessionária, têm seu tempo determinado pelo tempo de operação de dispositivos de proteção do sistema elétrico (religadores). Quando causadas por mal funcionamento de equipamentos ou por falhas de conexões, têm um período de tempo irregular. $IXQGDPHQWRVGHWHQVmR Afundamentos de tensão3 consistem do decaimento de tensão ou corrente eficaz, à freqüência industrial, para uma faixa entre 0,1 a 0,9 pu, ocorrendo num intervalo de 0,5 ciclo a 1 minuto. A duração dos afundamentos de tensão classifica-os entre três categorias: instantâneos, momentâneos e temporários. A terminologia adequada para tratamento dos afundamentos de tensão nos indica que, por exemplo, para um “afundamento de 20%” a tensão resultante é de 0,8 pu. Sendo assim devemos tratá-lo como um afundamento de tensão para 80%. As causas típicas para os afundamentos de tensão estão associadas a faltas no sistema em geral, grandes variações de carga e partidas de grandes motores. Quando da ocorrência de faltas no sistema, os afundamentos de tensão ocorrem devido à circulação de corrente de falta pela impedância do sistema, ocasionando uma queda de tensão no ponto de interesse. Nestes casos os afundamentos têm seu tempo determinado por dispositivos de eliminação de faltas. 3 Afundamento de tensão é a terminologia mais utilizada no Brasil. Na literatura internacional os termos correspondentes mais utilizados são YROWDJHVDJ e YROWDJHGLS. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 30 6DOWRVGHWHQVmR O salto de tensão4 consiste no aumento da tensão ou corrente eficaz, à freqüência industrial, para uma faixa entre 1,1 e 1,8 pu, ocorrendo num intervalo de 0,5 ciclo a 1 min. A duração dos saltos de tensão classifica-os entre três categorias: instantâneos, momentâneos e temporários. A terminologia adequada para tratamento dos saltos de tensão nos indica que, por exemplo, para um “salto de 20%” a tensão resultante é de 1,2 pu. Sendo assim devemos tratá-lo como um salto de tensão para 120%. As causas típicas para os saltos de tensão estão associadas a faltas no sistema em geral, saída de grandes cargas ou energização de bancos de capacitores. Quando da ocorrência de faltas no sistema, os saltos de tensão ocorrem na fase não atingida pela falta. Nestes casos, a severidade do salto de tensão durante a condição de falta é determinada pela localização da falta, impedância do sistema e características de aterramento. Próximo à subestação haverá pouco ou nenhum salto de tensão pelo fato da usual conexão deltaestrela prover um caminho de baixa impedância de seqüência zero para a corrente de falta. 9DULDo}HVGHWHQVmRGHORQJDGXUDomR Variações de longa duração englobam desvios de valor eficaz de tensão, à freqüência industrial, maiores que 1 minuto. Sobretensões e subtensões não são, geralmente, causadas for faltas no sistema, mas por variações de carga e operações de chaveamentos no sistema elétrico. 6REUHWHQV}HV 4 Salto de tensão é a terminologia mais utilizada no Brasil. Na literatura internacional o termo correspondentes mais utilizados é YROWDJHVZHOO. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 31 As sobretensões são caracterizadas pelo aumento no valor eficaz da tensão CA para um valor entre 1,1 e 1,2 pu, à freqüência industrial, por um tempo superior a 1 minuto. Podem ser resultado de chaveamento de carga, ou variações na compensação reativa do sistema. Sistemas com pouca capacidade de regulação estão sujeitos a sobretensões. Ajustes de tensão em transformadores feitos incorretamente também resultam em sobretensões. 6XEWHQV}HV As subtensões são caracterizadas pela redução no valor eficaz da tensão CA para um valor entre 0,8 e 0,9 pu, à freqüência industrial, por um tempo superior a 1 minuto. São, geralmente, resultado da entrada de grandes blocos de carga no sistema ou pela saída de bancos de capacitores até que os dispositivos de regulação de tensão do sistema tragam a tensão de volta para os limites de tolerância. Às vezes podem ser conseqüência de períodos de baixa tensão, propositadamente sustentados, utilizados como um despacho estratégico específico, para otimizar a entrega de energia elétrica. ,QWHUUXSo}HVVXVWHQWDGDV O decaimento a zero da tensão fornecida, por um período de tempo excedente a 1 minuto, é considerado uma interrupção sustentada. Interrupções de tensão maiores que 1 minuto são, freqüentemente, permanentes e requerem intervenção humana para a restauração do funcionamento do sistema. O termo interrupção sustentada, no contexto da monitorização de qualidade de energia, não tem relação com confiabilidade ou outra estatística de continuidade de serviço. Refere-se simplesmente a um fenômeno específico. 32 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR +DUP{QLFRV Harmônicos são correntes ou tensões senoidais de freqüências múltiplas (de inteiros) da freqüência que o sistema é designado a operar. Os componentes harmônicos, combinados com a tensão ou corrente fundamentais, produzem alterações na forma de onda. A distorção harmônica existe devido a características não lineares de dispositivos e cargas do sistema elétrico. A distorção de tensão resulta da queda de tensão provocada pela passagem de corrente (injetada por uma carga não linear) pela impedância do sistema (Figura 2). É importante ressaltar que a distorção harmônica é um fenômeno que deve ser tratado como sendo de regime permanente. A distorção de forma de onda, provocada pelos componentes harmônicos, deve estar presente, continuamente, por pelo menos alguns segundos [25]. Tensão Distorcida Queda de Tensão + Senóide Pura - &RUUHQWHGH &DUJD )LJXUD±2IOX[RGHFRUUHQWHVKDUP{QLFRVDWUDYpVGDLPSHGkQFLDGRVLVWHPDSURPRYHDGLVWRUomR GDWHQVmR 0RQLWRUL]DomRGD4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFD &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 33 A monitorização5 da qualidade de energia elétrica vem sendo realizada já há algum tempo, porém, usualmente, se utilizando de equipamentos de medição específicos para cada fenômeno eletromagnético. Atualmente, os monitores de qualidade de energia utilizados são equipamentos com capacidade para identificar informações de fenômenos eletromagnéticos diversos, em diversas faixas de freqüências. Além disso, eles possuem memória de dados, são dotados de dispositivos de transmissão de dados, programas de tratamento de dados, entre outras características. A capacidade de transmissão de dados entre estes equipamentos e um microcomputador, e deste com outros, viabiliza a formação de uma rede de monitorização de qualidade da energia elétrica. A monitorização da qualidade de energia pode ser executada objetivando diversos fins, uma vez determinado o escopo de um projeto de monitorização. Em função de um objetivo de monitorização, regiões ou zonas de um sistema elétrico (Figura 3), definidas pela seleção dos locais de monitorização, podem ser devidamente monitorizadas, para que se possa obter as informações necessárias ao gerenciamento da qualidade da energia elétrica. 5 Monitorização - Ato ou efeito de monitorizar. Acompanhar e avaliar (dados fornecidos por aparelhagem técnica). 34 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR Todo o sistema de distribuição Um alimentador individual Um único consumidor Uma carga específica )LJXUD±=RQDVGHLQWHUHVVHQDPRQLWRUL]DomRGDTXDOLGDGHGDHQHUJLDHOpWULFD (TXLSDPHQWRVPRQLWRUHVGH4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFD Monitores de distúrbios são instrumentos de monitorização de sistemas elétricos, projetados para detectar e registrar dados de variações em grandezas dos sistemas elétricos. Tipicamente, monitores de distúrbios de linha são instrumentos portáteis que contêm um amplo e variado número de características, incluindo o número de canais de monitorização, formatos de armazenagem e apresentação de dados entre outras. Os tipos de monitores de distúrbios podem diferir em termos das faixas de freqüências6 para medições, de como os dados são coletados e como os dados são apresentados. Algumas monitorizações de tensão e/ou corrente requerem baixas taxas de amostragem. Um instrumento simples, que mede tensão umas poucas vezes por segundo, pode ser útil à necessidade desta aplicação. Por outro lado, algumas aplicações requerem taxas de amostragem mais altas. Este pode ser o caso de quando transitórios de alta freqüência 6 Em instrumentos que acumulam funções, é importante observar a capacidade e o tipo de processamento, reconhecendo as limitações de um equipamento que esteja, por exemplo, monitorizando oito canais e tendo que registrar variações entre 25 Hz (flutuações de tensão) e 5 MHz (transitórios oscilatórios de alta freqüência). &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 35 são uma fonte potencial de problemas. Algumas aplicações requerem instrumentos mais sofisticados, que possam detectar e coletar dados de variações do estado do sistema elétrico, incluindo os afundamentos de tensão, saltos de tensão, transitórios, variações de freqüência, ruído elétrico, distorção de forma de onda etc.. Fatores que determinam a técnica de medição não incluem simplesmente a precisão, faixa dinâmica e a resposta em freqüência mas, também, como os dados devem ser processados e apresentados. Como exemplo, se uma FFT - Transformada Rápida de Fourier deve ser aplicada para capturar um evento, então o instrumento deve empregar a técnica de amostragem digital. Os monitores de distúrbios de linha podem ser divididos em quatro tipos básicos [29], classificados como: indicadores de eventos; monitores texto; gravadores voltímetros/amperímetros de estado sólido; monitores de mostrador gráfico. ,QGLFDGRUHVGHHYHQWRV São os mais simples monitores de distúrbios de linha. Estes indicadores registram e apresentam informações da ocorrência de variações nas grandezas do sistema elétrico. Eles podem ser dedicados a um único tipo de variação ou, mais tipicamente, registrar vários tipos de eventos. Os dados gerados por fenômenos eletromagnéticos podem ser apresentados por indicadores luminosos, mostradores tipo gráfico de barras, alarmes audíveis ou combinação destes três. Tipicamente, o tempo de ocorrência da variação não é registrado por este tipo de dispositivo. Indicadores de eventos coletam dados de variações nas grandezas do sistema elétrico pela comparação do estado destas grandezas com um ou mais parâmetros limite, prédefinidos ou ajustados pelo usuário. Quando os limites são excedidos, um evento é registrado. As comparações do estado das grandezas do sistema elétrico com os &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 36 parâmetros limite são confirmadas através de técnicas de circuitos analógicos e/ou digitais. Quando uma variação é detectada, ela pode ser armazenada como uma amplitude ou o número total de ocorrências que excederam os limites. Os dados são apresentados como valores numéricos para a amplitude ou como uma contagem do total de variações. 0RQLWRUHVWH[WR Como os indicadores de eventos, estes dispositivos coletam e mostram variações nas grandezas do sistema elétrico, mas incluem importantes diferenças. As variações são apresentadas por uma descrição alfanumérica, registrada juntamente com a data/hora de ocorrência. A saída deste tipo de monitor pode ser gravada em fita de papel, armazenada em mídia eletrônica ou a combinação dos dois. Geralmente, monitores texto empregam as mesmas técnicas de comparação com parâmetros limite usadas nos indicadores de eventos. O estado das grandezas do sistema elétrico são comparados aos valores limite, se um limite é ultrapassado, então o dado medido é armazenado no instrumento. Circuitos eletrônicos usados para executar as comparações têm como base técnicas analógicas e/ou digitais. As técnicas de apresentação de dados que os monitores texto provêem oferecem a possibilidade de análises futuras de dados coletados. Quando variações são detectadas nas grandezas do sistema elétrico, uma mensagem alfanumérica descritiva é gerada para representar as variações. A precisão dos dados coletados e apresentados é dependente dos parâmetros e técnicas de medição. Outra característica deste instrumento é que a data/hora de ocorrência da variação no sistema é registrada para ajudar em futura redução e análise dos dados. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 37 *UDYDGRUHVYROWtPHWURVDPSHUtPHWURV O gravador voltímetro/amperímetro (RVM) clássico é o gravador gráfico a caneta e tinta. Eles têm provido a medida básica de qualidade de energia em entradas de serviço há décadas. Eles fornecem a informação básica de como é a situação de regime permanente. O dispositivo deve ser calibrado para uma dada fonte de tensão a cada vez que é usado. Equipamentos RVM de estado sólido também são disponíveis. Eles são programados via computador e gravam dados de regime permanente de forma digital, a uma taxa de amostragem ou a uma taxa de cálculo da média, selecionada pelo usuário. Alguns amostram para dois a quatro ciclos e calculam o valor médio. Outros amostram a cada 2 a 30 ciclos. Alguns tomam a média de amostras sobre segundos, minutos ou até horas, estendendo sua capacidade de tempo de dados armazenados. A capacidade de armazenagem é definida pela quantidade de memória disponível. Em versões mais modernas deste tipo de equipamento é possível amostrar cada ciclo, bem como registrar variações que saiam de determinados limites. Uma outra importante característica destes equipamentos, desenvolvida pela necessidade de gerenciamento da memória, é a possibilidade de opção por parar o registro de informações ou sobrescrevêlas quando a memória fica cheia. 0RQLWRUHVGHPRVWUDGRUJUiILFR Estes instrumentos coletam e registram variações de grandezas no sistema elétrico em formato gráfico acrescido de descrições alfanuméricas. Estas variações são registradas pela data/hora de ocorrência juntamente com sua representação. Os dados obtidos podem ser mostrados em um monitor do tipo CRT, impressos em fita de papel ou armazenados em algum tipo de mídia eletrônica. A coleta de dados obtidos pelos monitores de mostrador gráfico é baseada em técnicas de amostragem fixa ou variável que quebram a forma de onda de tensão CA em séries de pontos discretos que podem ser armazenados. Estes dados armazenados são, então, &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 38 recombinados para apresentar a representação da forma de onda original. A taxa de amostragem dita o grau de detalhamento disponível para a construção da forma de onda CA. Valores de regime permanente são registrados a um intervalo pré-selecionado pelo fabricante ou podem ser registrados quando um limiar de sensibilidade, definido pelo usuário, é ultrapassado. Adicionalmente, dados são registrados quando distúrbios excedem parâmetros pré-ajustados na máquina ou ajustados pelo usuário. Isto inclui afundamentos, elevações, transitórios impulsivos, distorção de forma de onda e etc. Limites para o disparo de registro de distúrbios no sistema elétrico são baseados em controle de software. Algoritmos de comparação são instalados no sistema de software do equipamento para permitir diversificação de ajustes de limiares, estabelecidos para a coleta de dados. Quando uma variação que exceda a um limiar estabelecido é detectada, os dados digitalizados do distúrbio são armazenados. Estes dados são avaliados para a caracterização dos parâmetros do distúrbio no sistema elétrico ou para prover uma representação gráfica do distúrbio. Estes monitores podem ser usados para adquirir grandes quantidades de dados e muitos eventos sobre um período de tempo. A análise subsequente é difícil e consome tempo. Um planejamento específico e uma atenciosa aplicação de limiares de ajuste são necessários para o controle da coleção e análise de dados. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 39 (TXLSDPHQWRXWLOL]DGRQDSDUWHSUiWLFDGHVWDGLVVHUWDomR Para o desenvolvimento da parte prática desta Dissertação de Mestrado foi utilizado o monitor de qualidade da energia elétrica 341RGH %0,%DVLF 0HDVXULQJ ,QVWUXPHQWV, classificado como sendo um monitor de mostrador gráfico. É um equipamento para monitorização simultânea de tensões e correntes, com um total de oito canais de medição. O equipamento executa a monitorização da qualidade da energia, basicamente, pelo registro de transitórios, variações de tensão de curta duração, valor eficaz de tensão e corrente de regime permanente e registros de ciclos de forma de onda. Entre outros recursos, o PQNode 7100 possui uma memória de registro de dados com bateria auxiliar e um MODEM7 para transmissão destes registros e alterações nos parâmetros de configuração do equipamento. $MXVWHGRVHTXLSDPHQWRVPRQLWRUHV Equipamentos monitores de qualidade de energia elétrica são projetados para registrar informações sobre o ambiente elétrico a que estão conectados. Estas informações podem ser divididas em informações de regime permanente e de eventuais variações nas grandezas do sistema elétrico. No caso das informações de regime permanente, os equipamentos devem ser ajustados no sentido de se controlar a taxa de registro de dados. Existem limitações quanto à capacidade de armazenagem e transferência de informações de um equipamento, o que promove a necessidade de sua redução através destes ajustes. As informações decorrentes de eventuais variações nas grandezas do sistema elétrico são o ponto crítico no ajuste de equipamentos de monitorização. Estas variações são condições anormais que incidem sobre o sistema elétrico. Assim é necessário que se defina a faixa de condições de operação do sistema elétrico considerada normal. Os 7 Modulador/Demodualdor, dispositivo que permite ao equipamento transmitir informações através da linha telefônica. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 40 ajustes dos limiares, que deflagram o registro de distúrbios pelos equipamentos monitores, definem que o equipamento monitor ignore os distúrbios que não atingem estes limiares e somente registre aqueles distúrbios que excedam tais limiares. Logo estes ajustes podem ser muito rigorosos, fazendo com que seja registrada informação excessiva, ou pouco rigorosos perfazendo a escassez de informações. O objetivo de monitorização e consequentemente o tempo de monitorização de um determinado local são fatores incisivos na definição destes ajustes. A capacidade da mídia de armazenamento de dados do equipamento monitor também deve determinar, de forma limitadora, o ajuste dos monitores. Se o objetivo da monitorização é a investigação de ocorrência de problemas em equipamentos sensíveis, o ideal é ajustá-los em função dos limites de suportabilidade dos equipamentos. Isto pode ser dificultado devido à carência de informações detalhadas sobre a suportabilidade de equipamentos sensíveis. Os fabricantes de computadores, por exemplo, apresentam uma tabela com faixas de limites de suportabilidade, para os diversos fenômenos eletromagnéticos que afetam a qualidade de energia elétrica, para os quais garantem a operação de seu equipamento [30]. No entanto, essas propriedades variam com os tipos de computadores, capacidade de processamento e com a tecnologia disponível quando essas máquinas foram projetadas. Os limites mudam para cada equipamento, de acordo com o seu projeto. Quando o objetivo de monitorização é a obtenção de uma medida geral da qualidade de energia de um determinado local, um procedimento razoável é ajustar iterativamente o equipamento. A partir de um ajuste rigoroso, examina-se os dados coletados e efetua-se novo ajuste. Por um ajuste rigoroso entende-se um ajuste de limiares próximo às condições de regime de operação do sistema elétrico, assim qualquer desvio dentre as medidas que estão sendo avaliadas é registrado. De um modo geral, o ajuste dos equipamentos monitores reflete a experiência na monitorização de qualidade de energia elétrica. Sistemas elétricos que atendem a diferentes processos têm diferentes características e sensibilidades. Um grande número &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 41 de variáveis envolvidas (níveis de tensão, níveis de curto circuito, razão de carregamento, tipo de carregamento etc.) dificulta uma definição prévia de ajustes. A referência [29] apresenta uma proposta de valores de limiares para cargas de 120 V de nível médio de susceptibilidade (nem muito sensíveis, nem muito tolerantes). Os percentuais de variação sugeridos nessa tabela podem ser utilizados, como um ponto de partida, no ajuste de limiares para cargas de nível de tensão semelhante. /RFDLVGHPRQLWRUL]DomR Um local de monitorização é definido pelo ponto de monitorização, ou seja, pelo local onde o equipamento monitor está instalado. Geralmente, este ponto de monitorização é o ponto de acoplamento comum – PAC 8 ou um ponto de acoplamento interno – PAI 9. As características de alguns fenômenos eletromagnéticos que afetam a qualidade de energia elétrica dependem, dentre outros fatores, da proximidade do equipamento monitor da fonte do distúrbio. Um transitório, por exemplo, dissipa sua energia ao longo das impedâncias do sistema, tendo diferentes características (tempo de subida, amplitude, freqüência de oscilação) em diferentes pontos do sistema. A localização para instalação de um monitor de qualidade de energia elétrica é basicamente definida pelo objetivo da pesquisa. Se o objetivo é a verificação de um problema de desempenho de um equipamento, o monitor deve ser instalado mais próximo da carga. Se a alimentação do equipamento afetado tem algum condicionamento ou filtro, o monitor deve ser instalado, inicialmente, entre o equipamento afetado e o equipamento condicionador e, posteriormente, na alimentação do equipamento condicionador ou filtro. Este procedimento verificaria se a energia de suprimento se encontra dentro das especificações operacionais tanto do equipamento condicionador quanto de equipamento afetado. 8 PAC – Ponto de Acoplamento Comum, é o ponto de interface entre a concessionária e o consumidor. PAI – Ponto de Acoplamento Interno, dentro de uma planta industrial, por exemplo, pode ser o ponto entre uma carga não linear e as outras cargas. 9 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 42 Em monitorizações em que é necessário o estabelecimento de vários locais de monitorização, existe a possibilidade de conjugação de equipamentos mais simples com equipamentos mais elaborados, de forma a promover uma economia no uso de equipamentos. Em uma monitorização como esta, de pontos distribuídos, cada local pode visar o acompanhamento de um fenômeno eletromagnético distinto, o que pode ser determinado por uma escolha criteriosa e, sendo assim, os equipamentos poderiam ser utilizados em toda sua potencialidade. 2EMHWLYRVGHPRQLWRUL]DomR A análise da informação sobre a qualidade de energia elétrica deve ser feita em relatórios que possam corresponder aos dados coletados através de equipamentos de medição, apropriados para este fim específico. Os objetivos da análise são fundamentais na determinação do modo como se faz a aquisição das informações, bem como na definição da forma mais apropriada para os relatórios que permitirão o gerenciamento da questão. Pode-se citar alguns dos objetivos básicos que motivam uma pesquisa de qualidade de energia elétrica: Observância de valores contratuais de qualidade de energia elétrica; Obtenção de informações estatísticas para fins diversos; Monitorização do sistema elétrico, objetivando a garantia da qualidade de energia elétrica e o diagnóstico de falhas; Monitorização de sistemas elétricos industriais, objetivando a garantia de operação de equipamentos dentro de limites especificados pelos seus fabricantes. Com base nestes objetivos pode-se adotar diferentes metodologias de redução ou filtragem de dados e criar relatórios específicos que podem auxiliar no cumprimento de seu propósito. O conhecimento do que se faz necessário para que se possa criar tais relatórios leva a objetivos mais específicos. Os objetivos específicos podem ir, por exemplo, desde a verificação de regulação de tensão em regime permanente de uma entrada de serviço até a análise do fluxo de harmônicos dentro de uma rede de distribuição. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 43 O procedimento para a definição dos objetivos específicos da monitorização difere para cada tipo de estudo. Para monitorização visando ao diagnóstico para resolver problemas de falhas em equipamentos sensíveis, o objetivo pode ser a obtenção de registro de distúrbios fora da tolerância. Para a monitorização objetivando a avaliação ou prognóstico do comportamento de um sistema elétrico, deve-se obter uma coleção de vários parâmetros de corrente e de tensão para caracterizar o nível de qualidade de energia elétrica existente. Pode-se destacar como objetivos específicos, entre muitos: Caracterização de um fenômeno eletromagnético específico em um local particular de um circuito elétrico; Diagnosticar incompatibilidades entre a fonte e a carga de um sistema elétrico; Avaliar o ambiente elétrico num local particular para aperfeiçoar técnicas de modelagem de sistemas e seus componentes. A partir da definição dos objetivos de monitorização deve-se adequar a metodologia de monitorização a ser utilizada. Os objetivos da monitorização determinam: Escolha do equipamento de monitorização; Determinação dos locais de monitorização; Método de coleta (aquisição) de dados; Os limiares de disparo necessários para o registro de distúrbios; Técnica de análise de dados empregada; O nível global de esforço requerido para o projeto. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 44 3HVTXLVDVGHFDPSR Anteriormente à implementação de uma monitorização da qualidade da energia elétrica, é necessário que se conheça bem o sistema elétrico, as práticas de aterramento e cabeamento, os equipamentos sensíveis e as condições de operação do sistema. Neste sentido, deve-se fazer uma pesquisa inicial, a fim de levantar o máximo possível de informações sobre o local a ser monitorizado. Neste estágio, é importante saber responder a algumas perguntas [25], como: A natureza dos problemas experimentados (perda de dados, desligamentos por atuação indevida da proteção, falhas em componentes, mal funcionamento de sistemas de controle etc.); Características dos equipamentos sensíveis que vêm sofrendo os problemas; Quando os problemas ocorrem; Relação de coincidência da ocorrência de problemas com operações conhecidas (chaveamento de capacitores etc.); Possíveis fontes de geração de distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica (partida de motores, chaveamento de capacitores, operação de equipamentos de eletrônica de potência, dispositivos a arco etc.); Existência de equipamentos de condicionamento de energia elétrica; Dados do sistema elétrico (diagramas unifilares, potência e impedância de transformadores, informações da carga, capacitores, aterramento, cabos etc.). 3HUtRGRGHPRQLWRUL]DomR O objetivo da monitorização é o fator determinante para definição do tempo necessário para a correta caracterização do ambiente elétrico em relação à qualidade de energia elétrica. O registro de distúrbios eletromagnéticos por equipamentos de monitorização depende do ajuste de limiares nestes estabelecidos. Contudo, estas ocorrências podem estar &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 45 associadas a determinados padrões que podem ser classificados, para análises estatísticas, como segue [32]: Dependência da hora do dia, dia da semana, ou mês do ano; Dependência sazonal; Aleatória; Dependência de operações no sistema elétrico (manobras no sistema da concessionária, chaveamentos e variações de carga nos consumidores); Dependência do projeto elétrico (aterramento deficiente ou mudanças na configuração do sistema de distribuição). Uma monitorização que visa, por exemplo, caracterizar a ocorrência de afundamentos de tensão que sejam provenientes da ocorrência de faltas no sistema da concessionária deve ter um longo período de duração, dada a pequena probabilidade de ocorrência, o que implica no aumento do tempo necessário para sua caracterização estatística. Problemas localizados, dentro do limite de indústrias, como por exemplo, o de chaveamento de capacitores ou distorções harmônicos, podem ser caracterizados em um menor intervalo de tempo. 3DUkPHWURVGHUHIHUrQFLDSDUDDQiOLVHGDTXDOLGDGHGHHQHUJLDHOpWULFD A análise da informação da qualidade de energia elétrica, monitorada durante um determinado período de tempo, deve ser feita por comparações, seja com valores normalizados, valores contratuais, ou mesmo com informações auferidas em outras monitorizações. Entidades internacionais como o IEEE, ANSI e IEC estão envolvidas na emissão de normas aplicáveis à qualidade de energia elétrica, produzindo documentos que são mundialmente utilizados como referência [23]. Atualmente, são escassas as normas brasileiras aplicáveis aos critérios e limites passíveis de serem utilizados como &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 46 parâmetros de referência de qualidade de energia elétrica, sendo mais voltadas à questão da confiabilidade no fornecimento de energia elétrica. No entanto, recentemente, o Grupo Coordenador da Operação Interligada – GCOI emitiu documentos com critérios, limites e metodologias para a avaliação da ligação de grandes cargas produtoras de distorções [33,34]. 9DULDo}HVGHWHQVmR Todo equipamento possui um certo nível de suportabilidade às solicitações de tensão, podendo-se obter, via testes, suas “curvas de suportabilidade”. Em alguns casos isto é definido por norma, muitas vezes incorporando a experiência de fabricantes. Por exemplo, os fabricantes de computadores, a fim de especificar faixas de operação de seus equipamentos, em que estes não apresentassem erros de funcionamento ou danos provocados por variações transitórias de tensão10, criaram um envelope de tolerância de tensão (Figura 4) conhecido como curva CBEMA - Computer Business Equipment Manufacturers Association [30]. O uso desta curva tornou-se clássico, sendo extrapolado para representar a faixa de tolerância de equipamentos microprocessados em geral. A sua utilização como parâmetro comparativo é feita pela superposição de pontos, referentes à amplitude e duração de variações de tensão verificadas, sobre o plano da curva [36,37]. O exame deste conjunto de pontos, sua localização e concentração, auxilia no diagnóstico de problemas de qualidade de energia elétrica. A região compreendida entre as duas curvas é a região aceitável de trabalho. Pontos localizados acima do limite estabelecido pela curva superior podem provocar danos em equipamentos. Pontos localizados abaixo da curva inferior podem resultar em falhas ou disfunções no equipamento. Uma nova versão desta curva foi proposta, mais recentemente, com o objetivo de melhor traduzir a realidade das especificações dos equipamentos eletrônicos microprocessados. A curva ITIC - Information Technology Industry Council (Figura 5) 10 Estas tolerâncias a variações não incluem os transitórios, de duração típica mais curta (microssegundos) e amplitudes maiores (500%), fazendo parte de testes de susceptibilidade a ruídos e compatibilidade eletromagnética – EMC. 47 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR possui algumas modificações de faixa de amplitude das variações transitórias de tensão em relação à sua predecessora. Outras curvas ou envelopes de tensão, destinadas a determinar os níveis de susceptibilidade de equipamentos específicos como controladores lógicos programáveis (CLP), contatores, dispositivos de iluminação, e acionadores a velocidade variável (AVV) têm sido propostas [26,01,02]. & X UY D & % ( 0 $ 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.1 1 10 ^#_`acbKdcegf hicjk_lnmenho 100 yz x u wx wx 0.4 stu r 0.0 0.01 {| 0.6 0.2 0.001 ~v }r v pq 1000 )LJXUD±&XUYD&%(0$±&RPSXWHU%XVLQHVV(TXLSPHQW0DQXIDFWXUHUV$VVRFLDWLRQ Como referência de comparação, para as variações de tensão de regime permanente são estabelecidas faixas de tensão dentro das quais a tensão de regime é aceitável. No Brasil, a faixa estabelecida, para tensão de transmissão, subtransmissão ou primária de distribuição, é de +5% a -7,5% da tensão de fornecimento. 48 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR & X UY D ,7 ,& 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 01 0.01 0.1 1 10 #cKc ckn nS 100 1000 )LJXUD±&XUYD,7,&,QIRUPDWLRQ7HFKQRORJ\,QGXVWU\&RXQFLO &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 49 +DUP{QLFRV Os parâmetros de referência aplicáveis à análise de harmônicos devem ser obtidos de normas ou recomendações, elaboradas para limitar o problema de fluxo de harmônicos no sistema de distribuição e minimizar as conseqüências que dele advêm. Entidades internacionais, como o IEC e o IEEE, e nacionais, como o GCOI, estabelecem critérios para controle de distorções harmônicos no sistema elétrico de potência. Neste item são apresentados, como exemplo, os critérios estabelecidos pelo IEEE. O IEEE, por intermédio da norma Std 519-1992 [38], fornece uma série de valores limite para controle de harmônicos, tanto para consumidores individuais quanto para as concessionárias, no sentido de beneficiar ambas as partes. A recomendação tem por objetivo reduzir os efeitos dos harmônicos em qualquer ponto do sistema elétrico pelo estabelecimento de índices aplicáveis no ponto de acoplamento comum (PAC). Para os consumidores individuais são apresentados índices limite de correntes harmônicos (Tabela 3) que, na ausência de ressonância paralela em qualquer das freqüências harmônicos injetadas, limitam a máxima tensão harmônica, em uma freqüência individual, a 3% da fundamental e a distorção harmônica total a 5%. Os limites são diferentes para diferentes níveis de tensão. A tabela 3 mostra os limites de distorção de corrente para sistemas de distribuição com tensões entre 120V e 69kV. Os componentes harmônicos de corrente devem ser calculados tendo por base a corrente fundamental de carga, obtida como sendo o valor médio das demandas máximas registradas (por períodos de 15 a 30 minutos) ao longo de um período de 12 meses, para a pior condição normal de operação da carga. Considera-se condição normal de operação, qualquer situação em que o sistema opere por um período superior a uma hora. Os percentuais aplicáveis aos componentes harmônicos também devem ter a mesma base de referência. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 50 Para os sistemas das concessionárias, os índices aplicáveis são os de distorção de tensão nos barramentos (Tabela 4). Os limites desta tabela devem ser considerados valores de projeto de sistemas elétricos como sendo o pior caso para operação normal (condição de regime por pelo menos 1 hora). Para períodos mais curtos, partida de cargas e condições não usuais, os limites podem ser excedidos em 50%. 7DEHOD±/LPLWHVGHGLVWRUomRGHFRUUHQWHSDUDVLVWHPDVGHGLVWULEXLomRHPJHUDO GH9DN9,(((6WG 0i[LPDGLVWRUomRGHFRUUHQWHHPSHUFHQWXDOGH, 2UGHPGDV+DUP{QLFRVLQGLYLGXDLVtPSDUHV , , K K K K K ''7 >20* 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0 20<50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0 50<100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0 100<1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0 >1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0 Harmônicos pares são limitadas em 25% dos limites acima Não são permitidas distorções de corrente que resultem em uma tensão CC (retificadores de meia onda). *Todo gerador de energia elétrica é limitado a estes valores de distorção de corrente, indiferente à relação ISC/IL real. ISC =máxima corrente de curto circuito no ponto de acoplamento comum -PAC IL =máxima corrente de carga demandada (componente de freqüência fundamental) no ponto de acoplamento comum – PAC. Sendo a Distorção de Demanda Total: ¡ ''7 = ,¢ Ê ¢£ , 2 2 .100% (4) 1 onde: Ih = Valor eficaz do componente harmônico de corrente de ordem h; IL1 = Valor do componente fundamental da corrente de demanda máxima; h = componente ou ordem harmônica. 51 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 7DEHOD±/LPLWHVGHGLVWRUomRGHWHQVmRSDUDVLVWHPDVGDFRQFHVVLRQiULD,(((6WG /LPLWHVGHGLVWRUomRGHWHQVmR 7HQVmRGDEDUUDQR3$& 'LVWRUomR,QGLYLGXDOGHWHQVmR V < 69 kV 3,0 69 kV < V < 161 kV 1,5 V > 161 kV 1,0 '+7 5,0 2,5 1,5 Sendo a Distorção Harmônica de Tensão: ¤ '+7 = 9¥ Ê ¥¦ 2 2 91 .100% onde: Vh = Valor eficaz do componente harmônico de tensão de ordem h; V1 = Valor eficaz do componente fundamental de tensão; h = componente ou ordem harmônico. 7UDQVLWyULRV Os parâmetros de referência aplicáveis a transitórios são dados, por exemplo, como na recomendação IEEE C62.41- 1991 [39], que trata de transitórios em sistemas elétricos de baixa tensão. Esta recomendação classifica um sistema elétrico pelo seu nível de exposição à ocorrência de transitórios induzidos. Os níveis de exposição, baixo, médio e alto, são definidos em função do valor de pico e do número de ocorrências/ano dos transitórios. Uma outra classificação é feita com o objetivo de identificar categorias de localização de um circuito, sendo definidas, então, três categorias. Basicamente, a categoria A representa a parte do circuito próxima aos equipamentos, a categoria B representa a parte do circuito entre a categoria A e o ponto de entrega de energia elétrica e a categoria C representa a parte do circuito externa ao ponto de entrega de energia elétrica. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 52 Com base nestas duas classificações e no tipo de transitório, são propostos limites de tensões e correntes de pico (Tabelas 5 e 6), utilizados para a seleção adequada dos parâmetros de projeto e testes. Estes limites podem, também, ser utilizadas como parâmetros de referência para a comparação da ocorrência de transitórios. 7DEHOD±9DORUHVGHSLFRSDGUmRGHWUDQVLWyULRVSDUDGHWHUPLQDomRGHSDUkPHWURVGHSURMHWRRX WHVWH&DWHJRULDVGHORFDOL]DomR$H%,(((& 7UDQVLWyULRVVN+] ([SHFWDWLYDGHWHQV}HVHFRUUHQWHVSDUDDVFDWHJRULDV$H% %DL[DPpGLDHDOWDH[SRVLo}HV 0RQRIiVLFR)1)7H>)1@7 3ROLIiVLFR)))7H>)DVHV@7 &DWHJRULDGH ([SRVLomRGR 7HQVmRGH3LFR &RUUHQWHGH ,PSHGkQFLD /RFDOL]DomR 6LVWHPD N9 3LFRN$ HIHWLYDW A1 Baixa 2 0,07 30 A2 Média 4 0,13 30 A3 Alta 6 0,2 30 B1 Baixa 2 0,17 12 B2 Média 4 0,33 12 B3 Alta 6 0,5 12 Não é feita uma previsão para este tipo de transitório na categoria C. Ver IEEE C62.41, item 7.7, para definição e discussão das categorias de localização. Ver IEEE C62.41, item 7.3.3, para definição e discussão das categorias de exposição do sistema. Os três valores apontados para cada categoria de localização, para os três níveis de exposição do sistema, foram concebidos por consenso para prover uniformidade nos parâmetros de teste. Outros níveis devem ser negociados entre as partes envolvidas. A impedância efetiva da fonte do transitório é definida como sendo a razão da tensão de pico para a corrente de pico. Ela tem a dimensão de uma resistência mas não é uma resistência pura. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 53 7DEHOD±9DORUHVGHSLFRSDGUmRGHWUDQVLWyULRVSDUDGHWHUPLQDomRGHSDUkPHWURVGHSURMHWRRX WHVWH&DWHJRULDVGHORFDOL]DomR%H&,(((& 7UDQVLWyULRVV±V ([SHFWDWLYDGHWHQV}HVHFRUUHQWHVSDUDDVFDWHJRULDV%H& %DL[DPpGLDHDOWDH[SRVLo}HV 0RQRIiVLFR)1)1)7H>)1@7 3ROLIiVLFR)))7H>)DVHV@7 &DWHJRULDGH ([SRVLomRGR 7HQVmRGH3LFR &RUUHQWHGH ,PSHGkQFLD /RFDOL]DomR 6LVWHPD N9 3LFRN$ HIHWLYDW B1 Baixa 2 1 2 B2 Média 4 2 2 B3 Alta 6 3 2 C1 Baixa 6 3 2 C2 Média 10 5 2 C3 Alta 20 10 2 Não é feita uma previsão para este tipo de transitório na categoria A. Ver IEEE C62.41, item 7.7, para definição e discussão das categorias de localização. Ver IEEE C62.41, item 7.3.3, para definição e discussão das categorias de exposição do sistema. Os três valores apontados para cada categoria de localização, para os três níveis de exposição do sistema, foram concebidos por consenso para prover uniformidade nos parâmetros de teste. Outros níveis devem ser negociados entre as partes envolvidas. A impedância efetiva da fonte do transitório é definida como sendo a razão da tensão de pico para a corrente de pico. Ela tem a dimensão de uma resistência mas não é uma resistência pura. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 54 &DUDFWHUL]DomRHPHGLomRGRVGLVW~UELRVHOHWURPDJQpWLFRV Muito embora os distúrbios eletromagnéticos que ocorrem em um sistema elétrico sejam conhecidos e examinados há muito tempo, sua caracterização para efeito de registro e comparações dos distúrbios com valores normalizados é ainda um ponto de discussão entre a comunidade estudiosa da qualidade de energia elétrica11. Os fabricantes de equipamentos de medição propõe metodologias e algoritmos de cálculo para alguns fenômenos. Para outros há um certo consenso, mas de um modo geral, existe a deficiência de normalização para esta caracterização, ou mesmo a etapa prévia, a medição dos fenômenos de qualidade de energia elétrica. Este trabalho baseia-se na utilização de equipamentos digitais de medição ou monitorização. Neste tipo de equipamento, valores referentes à medição são, geralmente, registrados por amostras ou valores discretos no domínio do tempo e no domínio da freqüência. &DUDFWHUL]DomRJHUDOGRVIHQ{PHQRVGHTXDOLGDGHGHHQHUJLD A caracterização dos fenômenos eletromagnéticos é feita através de atributos adequados às características de cada tipo de fenômeno. O IEC propõe uma relação geral de atributos para a classificação dos fenômenos de qualidade de energia elétrica conforme seu regime de ocorrência [29] (Tabela 7). A obtenção destes atributos se dá através de medições com equipamentos apropriados. Embora exista uma associação entre qualidade de energia elétrica e qualidade de tensão, faz-se necessária a medição de corrente e tensão. Mais especificamente, faz-se necessária, freqüentemente, a medição de tensões trifásicas, tensão de neutro para terra 11 A normalização relativa à qualidade de energia elétrica sugerida pelo IEEE tem como recomendações em desenvolvimento, até a data presente, a caracterização de eventos (documento indicado por 1159-2 – Recommended Practice for the Characterization of a Power Quality Event) e a formulação de um formato de transferência de dados de qualidade de energia elétrica (documento indicado por 1159-3 – Power Quality Data Interchange). &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 55 e correntes trifásicas. A monitorização simultânea de tensões e correntes permite a identificação da fonte de distúrbios, do lado da carga ou do lado da linha, em relação ao ponto de monitorização [18]. A partir dos dados obtidos destas medições, torna-se possível trabalhá-los para que a caracterização dos fenômenos e a decorrente caracterização do ambiente elétrico medido sejam efetuadas. Alguns algoritmos básicos são utilizados no tratamento dos dados auferidos da medição ou monitorizados. A transformação de valores instantâneos em valores eficazes ou o uso da DFT - Transformada Discreta de Fourier (versão da transformada de Fourier utilizada sobre dados amostrados ou discretos), por exemplo, são técnicas cuja aplicação é fundamental na caracterização dos distúrbios de qualidade de energia elétrica. 7DEHOD$WULEXWRVGHFODVVLILFDomRJHUDOGRVIHQ{PHQRVGHTXDOLGDGHGHHQHUJLDVHJXQGR,(& $WULEXWRVSDUDIHQ{PHQRVHP UHJLPHSHUPDQHQWH Amplitude Freqüência Espectro Modulação Impedância da fonte Profundidade do Corte Área do Corte $WULEXWRVSDUDIHQ{PHQRV HPUHJLPHWUDQVLWyULR Taxa de decaimento Amplitude Duração Espectro Freqüência Taxa de ocorrência Energia potencial Impedância da fonte A possibilidade de caracterização dos fenômenos eletromagnéticos avaliados em uma monitorização de qualidade de energia elétrica é limitada por aspectos de projeto de equipamentos de medição/monitorização como de amostragem e digitalização, taxa de transmissão de dados, capacidade de armazenamento etc.. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 56 $PRVWUDJHPGHGDGRVHLGHQWLILFDomRGHYDULDo}HV Um sinal, seja ele representativo de uma tensão ou de uma corrente, pode ser amostrado para fins de registro de seus valores ou para que sejam efetuados cálculos sobre os mesmos (Figura 6). A amostragem sobre valores contínuos provoca erros inerentes à técnica de amostragem. De acordo com o teorema da amostragem12, pode-se dizer que, a freqüência de amostragem deve ser de pelo menos o dobro da maior freqüência de interesse contida no sinal original para a correta transferência de informação sobre o sistema amostrado [40]. Em uma medição no domínio do tempo, é comum limitar a duração de tempo sobre a qual o sinal é observado em uma janela de medição13. O uso desta janela de medição promove a divisão de sinais de natureza não estacionária em pequenos segmentos de natureza quase estacionária. Além do mais, na análise digital de formas de onda, um número finito de amostras do sinal é registrado para que estas amostras sejam processadas [40]. Em equipamentos digitais, específicos para a análise de harmônicos, utilizam-se duas técnicas básicas de medição. A primeira é pelo uso de um filtro digital, assim pode-se selecionar uma faixa de freqüência ou a largura de banda afim de se otimizar a aquisição de harmônicos de pequena amplitude em relação à fundamental. A outra técnica é a FFT - Transformada Rápida de Fourier, um método de análise espectral em tempo real [38]. Para o registro de variações nos parâmetros de regime permanente, os sinais monitorizados, ou suas janelas de medição, têm sua média apurada14. No caso dos harmônicos, uma outra forma de medição é através de registros de um (ou mais) ciclo(s) de forma de onda15. Se a distorção harmônica varia com o tempo, a técnica de apuração Do inglês 6DPSOLQJ7KHRUHP Intervalo de tempo ou um dado número de amostras, sobre o qual são efetuados cálculos. Estes cálculos admitem que a forma de onda é periódica, cujo período é igual à largura da janela. 14 Este procedimento é conhecido como DYHUDJLQJ. 15 Do inglês :DYHIRUP6QDSVKRWV. Registro de um ou mais ciclos de forma de onda, de tensão ou corrente, em valores instantâneos. 12 13 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 57 de média de resultados pode ocasionar na perda de informações16. Pelo conhecimento do ciclo de carga, ou mais especificamente da carga perturbadora, a utilização de registros de forma de onda periódicos pode melhor identificar a severidade das distorções harmônicos. Entretanto, a definição dos componentes harmônicos deve ser baseada na periodicidade destes registros. Para a detecção de variações ocasionais são usados limiares de variações. A distorção de uma forma de onda, por exemplo, pode ser detectada pela violação de um limite proporcionado por um envelope de tensão (figura 6). Limiares de valor eficaz são utilizados para variações de tensão de curta e longa duração. Transitórios são detectados, em sua amplitude, por circuitos detectores de pico17 [41], e, também são registrados quando atingem os limiares definidos. )LJXUD$PRVWUDJHPGHXPDIRUPDGHRQGDYDORUHVLQVWDQWkQHRVSHULyGLFRVVmRUHJLVWUDGRV 8PHQYHORSHGHWHQVmRiUHDHQWUHDVFXUYDVSRQWLOKDGDVpXWLOL]DGRFRPRJDWLOKRSDUDUHJLVWURGH GHIRUPDomRGHIRUPDGHRQGD O efeito denominado 6PRRWKLJRXW promove a atenuação em determinadas freqüências dada a natureza não totalmente estacionária do sinal. 17 Do inglês 3HDN GHWHFWRU. Circuito eletrônico utilizado em instrumentos digitais capaz de detectar o valor de um pico de tensão. 16 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 58 &DUDFWHUL]DomRGRVIHQ{PHQRVFRQVLGHUDGRV A caracterização dos distúrbios eletromagnéticos que afetam a qualidade de energia elétrica é feita a partir de medições de corrente e tensão. Embora os equipamentos de medição já executem um pré tratamento dos sinais medidos, é necessária a determinação de outras medidas de qualidade de energia elétrica. A caracterização dos fenômenos eletromagnéticos é, em especial, importante para que se possa reduzir a grande quantidade de informação proveniente da monitorização de um sistema elétrico. 9DULDo}HVGHWHQVmR A caracterização das variações de tensão de curta e longa durações é feita, basicamente, sobre o valor médio quadrático, ou valor eficaz. Para a conversão computacional de valores instantâneos em valor eficaz (1), é utilizado o conceito de janela de medição. Como o cálculo de um valor eficaz envolve um conjunto de N valores instantâneos, o tamanho deste conjunto tem um efeito estatístico18 sobre o valor calculado. Este cálculo normalmente tem como base uma janela de 1 ciclo19, muito embora os distúrbios de tensão sejam classificados a partir de ½ ciclo de duração e a utilização de bases diferentes possam provocar erros significativos (Figura 8). Se for imaginada a janela de medição deslocando-se a cada amostra, como em uma fila, uma nova amostra é acrescida à base de cálculo e outra é desprezada. A cada deslocamento da janela de medição o cálculo do valor eficaz é realizado. Após o processamento de um conjunto de N valores instantâneos amostrados, o número de valores médios quadráticos calculados pode chegar a N, se a janela se deslocar de 1 em 1 amostra. 18 O efeito da aplicação de uma função sobre um conjunto de valores discretos é conhecido pela expressão, em inglês, :LQGRZLQJ. 19 Esta é a base de cálculo de valor eficaz adotada pela maioria de equipamentos de medição. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 59 § 9©ª = 9¨ Ê ¨« 1 1 2 (1) onde: VEF = valor eficaz da grandeza amostrada em uma janela de medição; Vi = valor instantâneo da grandeza amostrada; N = numero de amostras para uma janela de medição; Para efeito de registro de valor eficaz em regime permanente, a forma de registro adotada pelo equipamento utilizado na parte prática desta dissertação é o armazenamento dos valores mínimo, médio e máximo de valor eficaz a cada K ciclos. Desta forma, pode-se manter o propósito de se ter informação ininterrupta, porém com menores requisitos de armazenagem de dados. A escolha de K implica na definição do conjunto de dados amostrados, ou seja, quanto menor K, mais resoluto é o conjunto de dados, porém maior a quantidade de informação a se registrar. Sendo assim, faz-se necessário determinar a ótima relação entre quantidade e qualidade de informação. Quando se trata de variações de tensão ocasionais adota-se uma metodologia de caracterização de tais eventos. Para exemplificação da forma de caracterização de um evento de variação de tensão, pode-se imaginar um afundamento de tensão idealizado, ocorrendo em fase, com a duração de 3 ciclos e a amplitude de 50% (Figura 7). A caracterização do distúrbio é feita, no entanto, a partir da informação de valor eficaz. 60 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR ¬¯®±°4²K³´¶µ°>· ¸¹²Kµº· µ°>»¼½¸¿¾ ²Kµ±³À ¾ ÁS³½²±¸ ³À ¸½ÃnÄ °S»· ³°S· Ån°>µÆ¸ 1.5 à Ý Þß Õ ÛÚ ØÜ Ú ÓØ × ØÙ ÔÒ ÕÖÓ 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0.00 0.02 0.03 0.05 0.07 0.08 0.10 0.12 0.13 ÇÈ>ÉËÊÌÎÍ ÏSÈÐÑ )LJXUD&RQVWUXomRFRPSXWDFLRQDOGHXPDIXQGDPHQWRGHWHQVmRLGHDOL]DGRSDUDGH DPSOLWXGHHFLFORVGHGXUDomRVREUHYDORUHVLQVWDQWkQHRV Os principais atributos de caracterização de uma variação de tensão de curta ou longa duração são data/hora de ocorrência, duração e amplitude do evento. A determinação destes atributos vai ao encontro da tecnologia ou características de projeto de equipamentos de medição/monitorização disponíveis. Para o caso do equipamento de monitorização utilizado na parte prática desta dissertação, a metodologia de identificação de uma variação de tensão é feita pela determinação de um valor limiar e um valor de histerese (Figura 8). O valor eficaz é constantemente monitorizado. Quando um valor inferior a um valor atribuído como sendo um limiar de tensão é atingido, é iniciado o registro de valor eficaz correspondentes ao afundamento de tensão. Este registro é feito por valores mínimos, médios e máximos a cada N ciclos durante o distúrbio. Para que se considere o distúrbio como encerrado, a tensão deve ser restaurada a um valor ligeiramente superior ao limiar de tensão inferior, chamado histerese. Ainda como uma forma de proteção contra o disparo de registro indevido, são determinados um tempo mínimo para disparo do registro e um tempo mínimo para encerramento do registro do afundamento. 61 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR áãâ1äcåæcçnèêéåëìgæcéíëéånîïìñð æcé½çò ð óKçnæcì ô7çò ìöõké½â1ð ÷Æç½ó 1.2 1.0 0.8 0.6 Duração 0.4 0.2 0.0 0.00 Histerese Limiar Inferior de tensão 0.02 0.04 0.06 0.08 ø4ùú:ûü7ý þùÿ 0.10 0.12 0.14 Valor eficaz - base de 1/2 ciclo Valor eficaz - base de 1 ciclo Limiar inferior de tensão Histerese )LJXUD)RUPDVGHRQGDGHXPDIXQGDPHQWRGHWHQVmRSDUDLGHDOL]DGR9DORUHILFD]QDV EDVHVGHFLFORHGHFLFOROLQKDVGHOLPLDUHKLVWHUHVH A partir do registro de um afundamento de tensão, sua caracterização consiste da determinação de seus atributos essenciais, amplitude e duração. A amplitude pode ser obtida como sendo o valor mínimo atingido pelo afundamento de tensão, no caso. A duração é o intervalo de tempo em que a tensão eficaz permanece abaixo do limiar inferior de tensão. Estes atributos podem ser insuficientes ou imprecisos se são imaginados afundamentos de tensão não retangulares ou com mais de um patamar de tensão. Em um afundamento de tensão real (Figura 9) a variação de tensão eficaz varia intensamente e, eventualmente, esta tensão pode atingir um valor mínimo por um intervalo de tempo muito pequeno em relação ao período total do afundamento. A fim de melhor representar as variações de tensão, faz-se necessária a utilização de outros atributos de caracterização. Para tal, foi feita a opção de se calcular a média e o desvio padrão dos valores médios de tensão eficaz que, estando abaixo do limiar de tensão eficaz, constituem o afundamento de tensão. 62 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR Model 7100 85.3KV RMS Sag Disturbance Three Phase Wye 19.1A Va 70.4KV 15.8A 55.5KV 83.33ms fairway3 33.33 ms/div 05/08/98 16:35:19.69 12.4A 750.00ms )LJXUD±$IXQGDPHQWRGHWHQVmRQDIDVH$GHXPVLVWHPDGHN9WHQVmRIDVHWHUUD QRPLQDO N92HQYHORSHGHWHQVmRLQGLFDYDORUHVPpGLRVTXDGUiWLFRVPtQLPRVPpGLRVH Pi[LPRV2OLPLDULQIHULRUGHWHQVmRIRLIL[DGRHPN9 )RQWH341RGHGD%0,%DVLF0HDVXULQJ,QVWUXPHQWV Ainda como atributos de caracterização de variações de tensão, pode-se citar o ponto exato na forma de onda de início e término da variação de tensão, o deslocamento do ângulo entre as fases, a taxa de variação desse deslocamento, a distorção da forma de onda durante a variação, entre outros atributos não derivados do valor eficaz da variação de tensão. Uma metodologia análoga deve ser utilizada para os saltos de tensão. Sobretensões e subtensões podem ser caracterizadas a partir da mesma metodologia empregada para os afundamentos ou ainda pela análise do registro de valores de regime, desde que estes tenham a resolução mínima necessária, de um minuto entre os registros, tempo limite entre variações de curta e longa duração. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 63 +DUP{QLFRV A caracterização de correntes e tensões harmônicos em um sistema elétrico é tradicionalmente feita pela análise de Fourier. Esta decomposição do sinal de corrente ou tensão em uma soma de senos ou cosenos é utilizada pela facilidade de análise de resposta do sistema elétrico a um sinal senoidal. Pela aplicação de um algoritmo de cálculo da DFT - Transformada Discreta de Fourier em um sinal amostrado, obtém-se uma série de módulos e ângulos referentes às freqüências múltiplas da freqüência fundamental. Assim, os níveis de distorção harmônica são caracterizados pelo espectro harmônico, com amplitude e ângulo de fase para cada componente harmônico individual. A análise da informação resultante é feita, na maioria das vezes, sobre os módulos calculados. No entanto, para que se possa reconstituir a forma de onda original, faz-se necessário o registro dos ângulos [25]. É comum que se faça a análise sobre os componentes harmônicos de ordem ímpar. Quando os semiciclos positivo e negativo têm a mesma forma, a série de Fourier possui, exclusivamente, componentes harmônicos de ordem ímpar. A maior parte de dispositivos elétricos causadores de harmônicos são, teoricamente, deste tipo. Na prática entretanto, estas cargas podem também gerar componentes de ordem par, assim como os retificadores de meia onda e fornos a arco (arcos randômicos)[25]. A partir de registros de ciclos de forma de onda20, periodicamente registrados, pode-se obter os componentes harmônicos. Um retrato de forma de onda de um ciclo pode ser analisado através de uma rotina da transformada discreta de Fourier, que desenvolve um certo número de componentes harmônicos, em função do número de valores amostrados. Do inglês :DYHIRUP6QDSVKRWV. Registro de um ou mais ciclos de forma de onda, de tensão ou corrente, em valores instantâneos. 20 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 64 Como a distorção harmônica se trata de um fenômeno de regime permanente, é necessário que conjuntos de componentes harmônicos, levantados em intervalos periódicos e durante um período mínimo de tempo, sejam estatisticamente tratados a fim de caracterizar o problema de forma consistente. É também comum o uso de um valor único, DHT - Distorção Harmônica de Tensão (2) como sendo a medida de amplitude da distorção de tensão e DHC - Distorção Harmônica de Corrente (3) como sendo a medida de amplitude da distorção de corrente. Entretanto, o uso do DHC pode ser enganoso para caracterizar as correntes harmônicos de maneira consistente. Assim, é definida a DDT (4) - Distorção de Demanda Total, que é o mesmo que a DHC, exceto por ser expressa como sendo um percentual da corrente de demanda máxima. '+7 = 9 Ê 2 2 .100% (2) 91 '+& = , Ê 2 2 .100% (3) ,1 ''7 = , Ê , 2 2 .100% (4) 1 onde: Vh = Valor eficaz do componente harmônico de tensão de ordem h; Ih = Valor eficaz do componente harmônico de corrente de ordem h; V1 = Valor eficaz do componente fundamental de tensão; I1 = Valor eficaz do componente fundamental de corrente; IL1 = Valor do componente fundamental da corrente de demanda máxima; h = componente ou ordem harmônica. &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR 65 7UDQVLWyULRV Tratando-se de variações geralmente ocasionais em um sistema elétrico, os transitórios devem ser caracterizados, basicamente, por atributos de identificação (data/hora e local) e pela máxima amplitude alcançada (Figura 10). No entanto, em função do objetivo de monitorização ou do que dele é decorrente, como o tipo de equipamento de medição/monitorização utilizado, pode-se obter uma série de outros atributos. Os transitórios podem ser caracterizados por uma série de parâmetros [39], como o acréscimo ou redução de tensão em relação ao valor de tensão eficaz e as características de forma de onda. Estas características de forma de onda incluem amplitude, tempo de subida, freqüência de oscilação, polaridade, energia entregue, entre outras. Dependendo do tipo de equipamento utilizado, da grandeza monitorizada (tensão e/ou corrente), pode-se obter algumas destas características. Basicamente, é importante a informação da categoria do transitório, ou seja, impulsivo ou oscilatório e do conteúdo espectral, pela freqüência de oscilação, se oscilatório, e pelo tempo de subida (tempo para se atingir a máxima amplitude alcançada), se impulsivo. 66 &DStWXOR4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFDHVXD0RQLWRUL]DomR M ode l 7100 139KV Im puls e Dis tur bance Thr e e Phas e Wye 25.0A Vb 347K+ -99.4K- 0.0V 0.0A -139KV 0.00ns fairw ay1 833.33 us/div 18/06/98 07:42:46.75 -25.0A 16.67ms )LJXUD±7UDQVLWyULRGHWHQVmRQDIDVH%GHXPVLVWHPDGHN92YDORUGHSLFRDOFDQoDGRpGH N9SRVLWLYRVHN9QHJDWLYRV )RQWH341RGHGD%0,%DVLF0HDVXULQJ,QVWUXPHQWV &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 67 &DStWXOR 'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD (OpWULFD &RQVLGHUDo}HVVREUHREDQFRGHGDGRVGH4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFD O desenvolvimento de um banco de dados para o gerenciamento da qualidade de energia elétrica tem uma dupla função no desenvolvimento desta dissertação: a organização sistemática de toda a informação necessária à formulação do problema “gerenciamento da qualidade de energia elétrica” e a validação prática da metodologia proposta. Há uma dificuldade intrínseca à construção de bancos de dados com estruturas que representam dados complexos de engenharia, principalmente quando estão envolvidos dados relativos a harmônicos e transitórios, que tornam a estrutura do banco de dados e a interface de programa aplicativo mais complicados. Por outro lado existem opções de escolha quanto ao tipo de banco de dados a ser projetado. Um modelo relacional com um enfoque baseado em objetos foi escolhido. Trata-se de uma tecnologia econômica e madura que ainda vem sendo muito utilizada nas mais diversas áreas, inclusive em aplicações relativas aos sistemas elétricos. Seu principal ponto negativo é o fraco desempenho em relação ao acesso de dados [42]. Nesta aplicação, o importante é a consistência das informações armazenadas, sendo a velocidade de acesso às mesmas ponto secundário. O 0LFURVRIW $FFHVV21 é o sistema de gerenciamento de banco de dados relacionais (SGBDR) escolhido como plataforma de desenvolvimento do banco de dados de qualidade de energia elétrica. Ele possui um mecanismo de banco de dados, ferramentas de desenvolvimento sofisticadas (formulários, relatórios, consultas etc.), segurança e 0LFURVRIW$FFHVV é marca registrada da 0LFURVRIW&RUSRUDWLRQ. É um sistema gerenciador de banco de dados. 21 68 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD integração com outras ferramentas ou aplicativos para o 0LFURVRIW :LQGRZV [43]. Possui ainda outras vantagens como a possibilidade de sua utilização em redes locais 23 ou mesmo recursos para ,QWHUQHW como a exportação de folhas de dados para páginas estáticas ou ativas na rede. %DQFRVGHGDGRVUHODFLRQDLV O banco de dados desenvolvido é de estrutura relacional, montado através de uma série de tabelas planas (bidimensionais), divididas em linhas e colunas. As linhas representam registros e as colunas representam campos ou atributos. As tabelas se relacionam umas com as outras através de campos chave, compondo, pela união de registros, informações mais elaboradas. A definição das tabelas e seus campos se dá pela definição dos objetos de dados [44]. Estes objetos de dados são a representação física de objetos do mundo real. No caso, são representações de tudo aquilo relativo à qualidade de energia elétrica, o universo de discurso em questão. Além desta estrutura de dados, um banco de dados relacional é composto de módulos capazes de introduzir, editar, recuperar e imprimir dados contidos em suas tabelas. 2EMHWRVGHGDGRV O primeiro passo para a concepção do banco de dados é a identificação dos objetos de dados que o sistema de banco de dados deve representar. Uma determinada pesquisa de qualidade de energia elétrica a ser realizada em um determinado sistema elétrico, durante um determinado período, pode ser vista como um objeto de dados. A partir desta informação outros objetos de dados relacionados são agrupados. Os principais objetos de dados relacionados a uma pesquisa de 0LFURVRIW:LQGRZV é marca registrada da 0LFURVRIW&RUSRUDWLRQ. É um ambiente operacional gráfico executado sob o DOS – 'LVN2SHUDWLQJ6\VWHP, dotando este sistema de uma interface gráfica com o usuário. 23 LAN – /RFDO $UHD1HWZRUN. Um grupo de computadores e periféricos associados, conectados por um canal de comunicação capaz de compartilhar arquivos e outros recursos entre vários usuários. 22 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 69 monitorização são os que identificam os distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica. Mas são ainda necessárias várias informações para que estes distúrbios possam se transformar em informações mais consistentes. Identificam-se como objetos de dados mais importantes: Distúrbios; Locais de monitorização; Ocorrências de campo; Valores de referência; Parâmetros de aferição. 'LVW~UELRV Os distúrbios de qualidade de energia elétrica são registrados através de equipamentos de medição/monitorização de qualidade de energia elétrica. Os distúrbios registrados são de diferentes tipos e têm diferentes formas de representação. Os objetos de dados de distúrbios devem ser utilizados para comporem os registros de distúrbios em suas respectivas tabelas (Tabela 8). Estes são objetos primários, ou seja, são objetos que têm um formato apropriado para a entrada de dados no banco de dados. A partir deles, objetos derivados podem ser criados, seja para promover o tratamento ou a redução da informação inserida no banco de dados. Pode-se, por exemplo, ter um objeto de resumo de dados relativos a transitórios. Este objeto derivado armazena informações do número de ocorrência de transitórios em faixas de solicitação. Assim, N registros de um objeto de dados primário podem ser resumidos em um único registro deste objeto derivado. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 70 7DEHOD±&RPSRVLomREiVLFDGRVREMHWRVGHGDGRVGRVGLVW~UELRVTXHDIHWDPDTXDOLGDGHGH HQHUJLDHOpWULFDDERUGDGRV 'LVW~UELRV Transitórios 2EMHWRGHGDGRV Valor de pico positivo Valor de pico negativo Taxa de subida Taxa de decaimento Freqüência primária Valor eficaz de regime permanente Amplitude Tempo Variações de tensão Amplitude Duração Média Desvio padrão Harmônicos Amplitude, ângulo e ordem do componente harmônico Cada objeto de dados de distúrbios tem uma associação com um registro de eventos (Figura 11). Este registro de eventos tem informações de quando e onde os distúrbios foram registrados, além da informação de sob que condições de ajuste do equipamento monitor de qualidade de energia o distúrbio foi registrado. Dependendo do tipo de distúrbio, um evento pode ser associado a 1 ou a N objetos de distúrbio. Um transitório, pela forma em que é caracterizado em seu objeto de distúrbio, tem uma relação 1 para 1 com um registro de evento. O registro de componentes harmônicos tem uma relação com um registro de evento de 1 para N, significando que diversos registros de objetos de distúrbio de harmônicos, representando cada componente ou ordem harmônica, estão associados a um único evento, extraído de um registro de forma de onda. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 71 Transitório (YHQWR: Data/Hora de ocorrência Local de ocorrência Tipo de distúrbio Canal de medição Parâmetros de medição ... 1 1 Harmônicos Variações de tensão Valor eficaz de regime permanente 1...N – quantidade de registros 1N – relação de 1 para N entre os objetos )LJXUD(VWUXWXUDGHRUJDQL]DomRGHREMHWRVGHGLVW~UELRVHVXDVDVVRFLDo}HVFRPRVHYHQWRV /RFDLVGHPRQLWRUL]DomR O registro de locais de monitorização deve ser composto de informações que descrevam ou caracterizem o local de monitorização. Desta forma, permite-se o relacionamento dos locais com variáveis do sistema elétrico (níveis de tensão, tamanho de alimentadores, existência de bancos de capacitores etc.). Estes registros também diferenciam os diversos locais de monitorização que podem estar relacionados a uma mesma pesquisa. Uma série de atributos pode ser alocada neste registro. Estes atributos devem ser genéricos o suficiente para que possam caracterizar bem os locais mais diversos, desde o alimentador de uma subestação até a tomada de alimentação de um equipamento individual. Pode-se destacar os seguintes atributos básicos: Código e nome do local; Descrição do local (dados adicionais relevantes à caracterização do local); Tipo de alimentação (monofásica, trifásica em estrela, trifásica em triângulo etc.); Nível de tensão; &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 72 Freqüência de alimentação; Tipo do instrumento de monitorização; Data de início e fim do monitorização. 2FRUUrQFLDVGHFDPSR Este objeto de dados deve conter informações de ocorrências de falhas em equipamentos instalados no sistema elétrico monitorizado, para que se encontre relacionamentos entre estas falhas e os eventos registrados pelo instrumento monitor de qualidade de energia. Estes registros são provenientes de informações dos usuários do sistema e são, inicialmente, coletadas a partir de um formulário que, contendo informações também sobre o sistema elétrico, pode vir a fornecer informações para diagnósticos da ocorrência. Um formulário completo para uma pesquisa de campo visando diagnosticar problemas de qualidade de energia elétrica e que pode vir a compor estes registros [45] é apresentado no anexo 2. Destacam-se algumas informações, tais como: Tipo de falha de sistema (6RIWZDUH); Tipo de falha de equipamento (+DUGZDUH); Evidências físicas; Periodicidade de ocorrência; Data, hora e local de ocorrência. 9DORUHVGHUHIHUrQFLD Os valores de referência para a análise dos dados coletados, são aqueles valores utilizados como referência para a comparação com os objetos de dados de distúrbios. Esses valores são, tipicamente, limites normalizados ou não, tais como: Curva CBEMA - Computer Business Equipment Manufactures Association; &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 73 Curva ITIC- Information Technology Industry Council; Valores propostos de curvas de suportabilidade de equipamentos; Limites específicos estabelecidos por normas (IEEE/ANSI, IEC, ABNT). Sumários de outras pesquisas Os objetos de dados de valores de referência devem ser de tipo compatível aos objetos de distúrbios para que se possa efetuar as comparações. Sendo assim, sua forma deve ser igual ou derivada da forma dos objetos de dados de distúrbios. O uso dos valores de referência é função de um objetivo de monitorização. Os valores de referência podem compor tabelas que servem tanto na composição de relatórios quanto como um filtro para os distúrbios de uma pesquisa. Outros padrões de referência que possam expandir as possíveis formas de análises dos dados obtidos, podem ser levantados ou adicionados ao banco de dados. Isto pode ser feito, por exemplo, pela manutenção de uma tabela sumário de diversas pesquisas, com a qual se possa fazer comparações, seja entre pesquisas de um mesmo local em épocas diferentes ou de locais com características semelhantes. As tabelas de valores de referência podem ter um caráter estático, quando tratamos de valores normalizados, ou dinâmico, quando podemos incorporar valores sumariados a estas. 3DUkPHWURVGHDIHULomR Os parâmetros de aferição são conjuntos de valores de ajustes dos monitores de qualidade de energia elétrica. Os distúrbios eletromagnéticos que estão sendo avaliados podem ser registrados sob diferentes taxas de amostragem e limiares de disparo de registro durante uma pesquisa de qualidade de energia. Sendo assim, é importante saber sob que condições determinados dados foram obtidos. Assim, sabe-se que, por exemplo, um afundamento de tensão foi registrado quando o equipamento monitor estava ajustado com um dado limiar de disparo de registro do distúrbio, ou que um conjunto de amostras de valor eficaz foi obtida a partir de determinada taxa de registo. A tabela formada por estes registros serve ainda como orientação, quando da implementação de &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 74 um sistema de monitorização, para o ajuste dos equipamentos de medição, ou podem servir como um filtro, atuando sobre os valores dos objetos de distúrbios armazenados no banco de dados. Registros de parâmetros de aferição, relativos a cada local de monitorização, numa dada época, devem compor uma tabela. 3URMHWRGREDQFRGHGDGRV Identificados os objetos de dados, deve-se descobrir os diversos relacionamentos possíveis a serem formados entre estes, apresentados na construção de um diagrama de entidades (objetos de dados) e relacionamentos (Figura 12). Pode-se encontrar relacionamentos entre a ocorrência de problemas em equipamentos em um dado local de monitorização e um dado distúrbio ou a um conjunto de distúrbios. Os distúrbios são associados a um ou mais locais de monitorização e seu registro está limitado a um conjunto de parâmetros de aferição ou limiares de ajuste do equipamento de monitorização. Os valores de referência relacionam-se aos distúrbios afins, no sentido de filtrá-los ou apresentá-los em relatórios. Os locais de monitorização relacionam-se com todos os principais objetos para uma determinada pesquisa. Os objetos de dados devem ser estruturados em tabelas. As tabelas são formadas por registros que, por sua vez, são formados por campos. Cada objeto é transformado em uma ou mais tabelas, em um processo conhecido como normalização, no qual se procura dispor os campos das tabelas de uma forma otimizada, evitando a redundância de informações. Construídas as tabelas, campos chave se tornam elos de ligação entre elas. Registros de uma tabela correspondem a registros de outra. Esta relação pode ser de um para um ou de um para muitos, conforme a necessidade de se relacionar as tabelas assumidas no projeto do banco de dados. Estes relacionamentos promovem a integridade relacional entre dados de tabelas distintas. Isto quer dizer que a inserção ou remoção de registros &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 75 em uma tabela implicam na inserção ou remoção de registros nas tabelas relacionadas à primeira. Uma completa descrição das tabelas, seus campos, tipos de dados e relacionamentos é dada no anexo 1. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD /RFDLVGHPRQLWRUL]DomR 3HVTXLVDGH4(( ,GB3HVTXLVD Nome_Pesquisa Descricao_Pesquisa Data_Inicio Data_Fim 1 'DGRVGHPHGLomR ,GB/RFDO Tensao_Linha_Sup Tensao_Linha_Inf Tensao_Neutro_Sup Tensao_Neutro_Inf Corrente_Linha_Sup Corrente_Linha_Inf Corrente_Neutro_Sup Corrente_Neutro_Inf Nome_Canal_1 Grandeza_Canal_1 Unidade_Canal_1 Nome_Canal_8 Grandeza_Canal_8 Unidade_Canal_8 1 ,GB/RFDO Nome_Local Descrição_Local Tipo_Alimentacao Frequencia_Alimentacao Tensao_Nominal Data_Inicio_Monitorização Data_Fim_Monitorização Id_Pesquisa ,GB(YHQWR Id_Canal DataHora_Evento Id_Local Tipo_Evento Id_Parametros Estado_Evento 1 1 &RQWDWRV ,GB&RQWDWR Id_Local Nome_Empresa Nome_Contato Cargo_Contato Endereco Cidade Estado CEP Pais Telefone_Fax Telefone_Voz Telefone_Dados String_Inic_Pc String_Inic_Ap Obs_Contato 'LVW~UELRV (YHQWRV 1 1 1 3DUkPHWURVGHPHGLomR ,GB3DUDPHWURV Intervalo_Amostras_Harm Nro_Comp_Harmonicas Intervalo_Amostras_RMS Limiar_Inf_RMS Limiar_Sup_RMS Min_Valor_Pico_Impulso Id_Local 2FRUUrQFLDVGHFDPSR ,GB2FRUUHQFLDVB&DPSR Data_Ocorrencia Id_Local Id_Tipo_Falha_Sistema Id_Evidencias_Fisicas Id_Periodicidade Id_Tipo_Falha_Equipamento Observacoes )LJXUD'LDJUDPDEiVLFRGHHQWLGDGHVHUHODFLRQDPHQWRV ,'B+DUP Id_Evento Ordem Modulo Angulo 1 ,GB7HQGB506 Id_Evento ,GB7UDQVLWRULR Valor_Max Valor_Med Id_Evento Valor_Min Amplitude Tempo_Sub Tempo_Dec ,GB'LVWB506 Id_Evento Amplitude Tempo 'HVFULo}HVGDVRFRUUrQFLDVGHFDPSR ,GB7LSRB)DOKDB6LVWHPD Tipo_Falha_Sistema 1 1 1 1 ,GB(YLGHQFLDVB)LVLFDV Evidencias_Fisicas ,GB3HULRGLFLGDGH Periodicidade ,GB7LSRB)DOKDB(TXLSDPHQWR Tipo_Falha_Sistema &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 77 ,QVHUomRGHGDGRV,QWHUIDFHGHGDGRV Os diversos equipamentos monitores de qualidade de energia elétrica possuem, de um modo geral, programas computacionais que tratam e dispõem a informação coletada para análise. A não existência de um formato padrão ou um protocolo padrão para o intercâmbio ou a transferência de informações, embora existam proposições para tal [19], dificulta a generalização de um método de transformação desta informação para o formato desejado (dos objetos de dados de distúrbios). No entanto isto pode ser feito com o auxílio de uma API24 (interface de programas aplicativos) ou de um tratamento sobre a saída em formato texto do equipamento monitor, se este assim disponibilizar sua informação. O uso de uma API seria a maneira ideal de se fazer esta troca de informações, permitindo uma total automação do processo de transferência de informações do equipamento monitor de qualidade de energia elétrica para o banco de dados. Isto envolveria a permissão do fabricante do equipamento, seguida da cessão do código de programação referente à API. No caso do monitor de qualidade de energia elétrica utilizado25 na parte experimental desta dissertação, toda a informação registrada pelo equipamento monitor é gerenciada por um programa aplicativo denominado PES26, que organiza toda esta informação de distúrbios de qualidade de energia sob a forma de eventos e disponibiliza seus dados para utilização no 0LFURVRIW([FHO 27- uma planilha eletrônica. Através de um método de comunicação entre programas aplicativos disponível no 0LFURVRIW :LQGRZV denominado DDE 28 (Troca dinâmica de dados), foi possível obter dados do equipamento monitor, tratá-los, colocando-os sob o formato adequado aos objetos de dados definidos e inserí-los no banco de dados de qualidade de energia elétrica desenvolvido. Para efetuar este tratamento dos dados foram utilizados os aplicativos API - $SSOLFDWLRQ 3URJUDP ,QWHUIDFH - consiste de uma biblioteca de funções, utilizada para tratar a informação de arquivos gerados por um software sem a necessidade de tratar com o formato físico destes arquivos. 25 7100 PQNode da BMI - %DVLF0HDVXULQJ,QVWUXPHQWV 26 PES - 3RZHU(YDOXDWLRQ6RIWZDUH da BMI - %DVLF0HDVXULQJ,QVWUXPHQWV 27 0LFURVRIW ([FHO é marca registrada da 0LFURVRIW &RUSRUDWLRQ. É uma planilha eletrônica popular baseada em gráficos para computadores que executam o 06:LQGRZV. 28 DDE - '\QDPLF 'DWD ([FKDQJH - estabelecimento de comunicação dinâmica entre programas aplicativos, permitindo a transferência de dados entre eles. 24 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 78 0LFURVRIW([FHO e o 0$7/$%29 - software de análise numérica. A fim de dar aos dados o tratamento necessário foi estabelecida uma rede de comunicação de dados (Figura 13). Como exemplo de tratamento de dados pode-se citar a obtenção dos objetos de dados de componentes harmônicos. O equipamento registra formas de onda referentes a um ciclo em todos seus canais de medição com um período pré determinado. Estas formas de onda, chamadas de registros de forma de onda, são transferidas para o 0LFURVRIW([FHO em valores correspondentes a ordenadas e abcissas. Estes valores são lidos pelo 0$7/$%, carregados em uma matriz e é executada uma rotina de transformada rápida de Fourier (FFT). Os valores resultantes são componentes harmônicos (ordem, módulo e ângulo) das formas de onda amostradas e são retornados ao 0LFURVRIW ([FHO sob a forma de uma tabela como a tabela de objetos de distúrbios de componentes harmônicos do banco de dados. Esta tabela é então exportada para o 0LFURVRIW$FFHVV. PES - Power Evaluation Software Microsoft Excel Microsoft Access MATLAB )LJXUD)OX[RGHWUDQVIHUrQFLDGLQkPLFDGHGDGRV Além dos dados referentes aos distúrbios registrados, uma série de outras informações deve ser inserida no banco de dados, manualmente, através de uma interface de edição de registros criada no próprio $FFHVV. O formulário de registro de uma pesquisa de qualidade de energia elétrica (Figura 14) com algumas informações essenciais que identificam, basicamente, onde a pesquisa é realizada, qual o período de sua realização e qual o objetivo global que justifique sua realização, é uma destas informações cuja entrada de dados é manual. Associados a uma dada pesquisa pode-se ter N locais de monitorização, de acordo com a configuração da rede de monitorização que se deseja estabelecer. Os registros que 29 MATLAB - 0DWUL[/DERUDWRU\ é marca registrada da MathWorks Corporation. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 79 identificam os locais de monitorização são inseridos a partir de outro formulário (Figura 15). Cada um destes registros, contendo informações básicas sobre os locais de monitorização, representam pontos de medição da qualidade da energia elétrica, logo eles correspondem a um equipamento de monitorização e a vários pontos de conexão elétrica deste equipamento. Um formulário de dados de medição (Figura 16) é associado a cada local de monitorização para estabelecer esta relação entre variáveis físicas do local de monitorização e dados dos distúrbios registrados pelo equipamento monitor. )LJXUD)RUPXOiULRGHHQWUDGDGHGDGRVGHSHVTXLVDGH4XDOLGDGHGH(QHUJLD(OpWULFD Os equipamentos de monitorização de qualidade de energia elétrica registram dados tendo como base uma série de pré ajustes. Estes ajustes são registrados no formulário de parâmetros de monitorização (Figura 17). Qualquer medição de distúrbio ou valor de regime permanente, registrados no banco de dados, tem um registro de parâmetros correspondente, de acordo com os ajustes correntes na data de seu registro. A ocorrência de falhas ou má operação nos sistemas elétricos monitorizados devem ser registradas para que, durante a análise das informações contidas no banco de dados, seja possível estabelecer relações entre estas falhas e os registros de distúrbios. O formulário de ocorrência de registros de campo (Figura 18) tem esta finalidade. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD )LJXUD)RUPXOiULRGHHQWUDGDGHGDGRVGHORFDLVGHPRQLWRUL]DomR )LJXUD)RUPXOiULRGHHQWUDGDGHGDGRVGHPHGLomR 80 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD )LJXUD)RUPXOiULRGHHQWUDGDGHGDGRVGHSDUkPHWURVGHPRQLWRUL]DomR )LJXUD)RUPXOiULRGHHQWUDGDGHGDGRVGHRFRUUrQFLDVGHFDPSR 81 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 82 5HFXSHUDomRGHGDGRVLQIRUPDo}HV A recuperação das informações contidas no banco de dados é obtida pelo uso da linguagem estruturada de consulta SQL30. Isto é feito através da combinação de cláusulas de consultas que permitem infinitas possibilidades de recuperação da informação contida no banco de dados [46]. Dentre estas cláusulas pode-se destacar a ordenação de tabelas por campos especificados e na ordem especificada e a seleção de valores específicos em determinados campos. Existem também funções para determinação de totais, médias e dados estatísticos. Basicamente, uma consulta deve selecionar um determinado distúrbio, em uma determinada pesquisa, em um determinado local, em um determinado canal de medição, para um determinado período de monitorização. Uma consulta permite, por exemplo, recuperar a informação do módulo do componente harmônico de 5a ordem de determinada pesquisa, em um dado local de monitorização, na tensão da fase R, durante um determinado período de monitorização, ordenados por data/hora de ocorrência. A partir da recuperação de dados pode-se obter subconjuntos de dados ou informações que podem compor relatórios, consultas, tratamentos estatísticos, ou mesmo compor outras tabelas derivadas das tabelas de objetos de distúrbios primários. 5HODWyULRV Os relatórios, objetivo final do sistema de gerenciamento, devem poder auxiliar na tomada de decisões sobre um determinado sistema elétrico, conforme objetivos específicos de monitorização. Uma estrutura de banco de dados como a proposta, suporta uma grande quantidade de tipos de relatórios, produzidos através de ordenações, comparações e composições dos dados armazenados. 30 64/ 6WUXFWXUHG 4XHU\ /DQJXDJH - Linguagem estruturada de consulta, usada para criar, modificar, fazer consultas e controlar o acesso de dados organizados em tabelas. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 83 Para a elaboração de relatórios, uma série de consultas padrão foi preparada. Estas consultas padrão, visando atender a diferentes tipos de análise ou objetivos de monitorização, foram criadas para a obtenção de conjuntos de dados já separados por tipos de distúrbio e canais de medição, deixando como variáveis de seleção a pesquisa de monitorização, o local de monitorização e o período de dados delimitados por uma data/hora inicial e final. As tabelas resultantes destas consultas são então transferidas para o 0LFURVRIW([FHO por intermédio de recursos de ligação e incorporação de objetos OLE31. A cada consulta padrão corresponde uma planilhas padrão vinculada, atualizada sempre que estas consultas são executadas. Nas planilhas são definidos cálculos estatísticos, tabelas resumo e gráficos, utilizados nos relatórios. A relação cronológica de distúrbios é um importante relatório, podendo ser disposta, por exemplo, em períodos que representem ciclos de operação de um determinado sistema elétrico, auxiliando na busca de padrões de ocorrências de problemas. A correlação entre ocorrências de campo e ocorrência de distúrbios, aparentemente imediata, pode ser de difícil obtenção dada a dificuldade de se precisar a ocorrência de problemas em equipamentos, mas os registros de ocorrências de campo podem orientar uma busca de registros de distúrbios, compondo outro tipo de relatório. Relatórios específicos, tratando separadamente cada um dos distúrbios podem ser elaborados utilizando a base de dados formada. OLE – 2EMHFW /LQNLQJ DQG (PEHGGLQJ. Este recurso permite a atualização bilateral dos programas de aplicação, no caso o 06±([FHO e o 06$FFHVV. 31 &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 84 7UDQVLWyULRV No caso de uma pesquisa de qualidade de energia com o objetivo de se apurar a incidência de transitórios em um sistema elétrico, a informação estatística da ocorrência destes transitórios durante um determinado período é o mais importante. Várias informações estatísticas podem ser calculadas e dispostas graficamente, a partir de uma coleção de valores de objetos de dados de transitórios. Pode-se citar, por exemplo, a freqüência cumulativa de ocorrência dos eventos em dada amplitude ou em dada hora do dia. Algumas possibilidades de composição de relatórios gráficos, entre outras, são: Número de ocorrências x amplitude; Freqüência acumulada x amplitude; Número de ocorrências x horas do dia. 9DULDo}HVGHWHQVmR As variações de tensão são avaliadas pelos objetos de tensão de regime permanente e pelos objetos de variações de tensão. No primeiro caso, com registro de valores de tensão e corrente eficaz em intervalos periódicos, pode-se plotar uma curva, conhecida como curva de tendências, que carrega informações do regime de trabalho ou operação do sistema em questão. Curvas de tendências têm, geralmente, um período de um dia, uma semana ou um mês, mas podem ser também dimensionadas com um turno ou um ciclo de operação, dependendo do objetivo da pesquisa. Estes valores de regime permanente podem ainda ser agrupados em faixas de tensão, provendo um histograma e ter sua freqüência cumulativa calculada. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 85 Os objetos de dados de variações de tensão podem prover uma série de relatórios. Pontos amplitude x duração podem ser plotados sobre a curva CBEMA ou sua sucessora ITIC, assim pode-se comparar a ocorrência das variações de tensão com as regiões da curva que indicam a sensibilidade de equipamentos que utilizam microprocessadores. Pode-se também plotar objetos de dados de variações de tensão sobre curvas de suportabilidade de AVV - acionadores a velocidade variável, CLP - controladores lógicos programáveis, contatores ou quaisquer outros equipamentos para os quais tenha sido feito um levantamento de sensibilidade a variações de tensão. A determinação do número de ocorrências das variações de tensão, por faixas de amplitude e duração, é especialmente interessante pelo fato de se poder criar uma escala de severidade das variações de tensão para diferentes lugares em que se conduz uma pesquisa de qualidade de energia elétrica, funcionando como um resumo de dados e, assim, acumulando experiências sobre ocorrência e severidade destas variações em diversos tipos de sistemas elétricos onde foram feitas as monitorizações. Ainda como forma de dispor informações das variações de tensão para análise, pode-se fazer uma avaliação estatística de ocorrências em função de sua amplitude e sua duração, separadamente. Outras variações de tensão a serem reportadas são as interrupções sustentadas, as sobretensões e as subtensões. Estas devem ser consideradas separadamente em relação às variações de tensão de curta duração, em função da ordem de grandeza dos tempos em questão. Resumindo, os seguintes relatórios gráficos, entre outros, podem ser gerados: Amplitude x duração (CBEMA); Amplitude x duração (ITIC); Amplitude x duração (sensibilidade de ASD); &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD Amplitude x duração (sensibilidade de contatores); Amplitude x duração (sensibilidade de PLC); Amplitude x duração (separação por categorias); Amplitude x duração x número de ocorrências; Tendências RMS x tempo; Histograma de tensão de regime permanente; Probabilidade cumulativa de valores de tensão de regime permanente. 86 +DUP{QLFRV Os harmônicos são reportados a partir de operações sobre as informações contidas nos objetos de dados de harmônicos. Como se trata de um fenômeno eletromagnético de regime permanente, os relatórios devem representar o comportamento destes dados ao longo de um período. Os dados apurados em uma consulta de seleção dos canais de tensão podem ter a DHT – Distorção Harmônica de Tensão calculada e serem apresentados sob a forma de um gráfico de tendências. Estes valores de DHT podem ainda ser apresentados sob a forma de distribuição de freqüência e freqüência cumulativa. Um histograma do espectro de freqüência pode ser apresentado pelo cálculo das médias dos componentes harmônicos individuais, sobre um intervalo de tempo. Em uma consulta de objetos de dados de harmônicos nos canais de corrente, dependendo do objetivo de monitorização, calcula-se a DHC – Distorção Harmônica de Corrente ou a DDT – Distorção de Demanda Total e, novamente, pode-se apresentar os dados como um gráfico de tendências ou fazer outras avaliações estatísticas. Os relatórios podem também reportar o comportamento dos módulos e ângulos de componentes harmônicos individuais, quando detectada a necessidade ou quando o objetivo de monitorização determinar. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 87 Algumas possibilidades de composição de relatórios gráficos, entre outras, são: Histograma do espectro de freqüência; Tendência DHT x tempo; Tendência DDT x tempo; Histograma ocorrências x corrente harmônica x freqüência acumulada. )LOWUDJHPHWUDWDPHQWRGHGDGRV A monitorização de qualidade de energia elétrica pode gerar quantidades enormes de informação. Dependendo do número de locais de monitorização, do período de monitorização e da ocorrência de distúrbios, a monitorização pode gerar JLJDE\WHV de dados [19]. A grande quantidade de informações pode inviabilizar a operação de um banco de dados relacional. No entanto, há meios de evitar esta possível sobrecarga de informações. A análise do fluxo de dados, desde a medição até a apresentação dos relatórios finais (Figura 19), ajuda no dimensionamento do problema da quantidade de informações. Os equipamentos de monitorização utilizam-se de técnicas de registro de dados de qualidade de energia elétrica que, a fim de prover os equipamentos de uma autonomia de monitorização e, assim, melhor aproveitar a memória de dados destes equipamentos, filtram a informação medida ao longo do tempo. Isto é feito quando o equipamento registra os dados apenas quando, por exemplo, um afundamento de tensão é identificado ou, se tratando de valores de regime permanente, registra apenas médias de valores em intervalos espaçados de tempo. Seguindo-se ao filtro de medição está o filtro de caracterização. A caracterização dos fenômenos eletromagnéticos que afetam a qualidade da energia elétrica tem como objetivo transformar os registros de medição ao longo da monitorização em valores discretos. O registro de um salto de tensão, por exemplo, é composto de uma série de &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD 88 pontos que representam a amplitude do valor eficaz de uma determinada tensão ao longo de um determinado tempo, é transformado, basicamente, em um valor de amplitude e outro de duração equivalentes a este salto de tensão. Passados estes dois filtros, os dados são armazenados no banco de dados. Quando é feita uma consulta ao banco de dados, a informação é novamente filtrada para que sejam elaborados relatórios com objetivos específicos. Isto acontece, por exemplo, se uma consulta recupera as informações da tensão de regime permanente cujos valores são inferiores a 0,85 pu em uma dada fase, num dado local de monitorização, de uma dada pesquisa, em um determinado período. Certamente, os dados de regime permanente, compostos pelos valores de tensão e de corrente eficaz e pelos valores dos componentes harmônicos de tensão e de corrente, são o ponto crítico no que se refere a uma possível sobrecarga de dados. Para evitar que isto aconteça pode-se criar consultas ao banco de dados que resumam a informação e a reintroduzam no banco de dados com um estado de tratamento diferente do original. Por exemplo, uma seqüência de dados de componentes harmônicos, tomados a cada segundo durante uma hora, pode ser tratada para conter dados de minuto em minuto, se for tomada a média de componentes harmônicos a cada sessenta registros. O custo de todas estas etapas de filtragem é a perda de informação. No entanto há que se encontrar o equilíbrio entre a quantidade e a qualidade de informações. Este ponto pode ser atingido pela clara definição dos objetivos de monitorização, refletida no correto ajuste destes filtros. &DStWXOR'HVHQYROYLPHQWRGHXPEDQFRGHGDGRVGD4XDOLGDGHGD(QHUJLD(OpWULFD Sinal amostrado. Tensão e corrente. Caracterização dos distúrbios Informações adicionais Filtro de medição Filtro de Caracterização Banco de dados Armazenamento de dados SQL - Linguagem Estruturada de Consulta Filtro de recuperação de dados Relatórios Sentido da redução da quantidade de dados Relatórios específicos para diferentes objetivos )LJXUD)OX[RGHLQIRUPDo}HVHRVHQWLGRGHUHGXomRGDTXDQWLGDGHGHGDGRV 89 90 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR &DStWXOR (VWXGRGHFDVR O estudo de caso tem o objetivo de avaliar o desempenho da metodologia de gerenciamento proposta, verificando as possibilidades de recuperação de dados do banco de dados na elaboração de relatórios. Conforme mencionado na introdução desta dissertação, foge ao escopo do trabalho a análise de resultados no sentido de prover qualquer tipo de diagnóstico, limitando-se à apresentação de dados. Os casos estudados têm diferentes objetivos de monitorização, ou seja, são diferentes situações em que o foco de interesse na qualidade da energia elétrica varia. As informações, ainda na etapa de medições, devem respeitar o objetivo da análise, sendo adequadamente medidas e registradas. Isto significa que as taxas de amostragem e os limiares de disparo de registros de distúrbios foram adequadamente ajustados e os períodos de medição foram adequadamente dimensionados e respeitados. Três casos independentes, em diferentes pontos do sistema elétrico, com diferentes níveis de tensão, foram avaliados. O primeiro caso avalia a qualidade de energia elétrica em uma indústria siderúrgica. Os objetivos são, respectivamente, verificação da tensão de regime permanente e verificação do nível de distorção harmônica de tensão. O segundo caso visa estabelecer um levantamento estatístico sobre as variações de tensão de curta duração, especificamente, afundamentos de tensão, e os transitórios ocorridos em uma indústria do setor têxtil cujos equipamentos de sua linha de produção são sensíveis a estes tipos de variações de tensão. No terceiro estudo de caso foi monitorizada a alimentação de uma rede de computadores para a verificação e classificação de afundamentos de tensão, além do possível estabelecimento de correlação entre sua ocorrência e o registro de mau funcionamento de equipamentos. &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 91 &DVR±0RQLWRUL]DomRQRVLVWHPDLQWHUQRLQGXVWULDOGHXPDXVLQDVLGHU~UJLFD O primeiro caso avalia a qualidade de energia elétrica em uma indústria siderúrgica. Dois pontos de monitorização foram estabelecidos, dentro da subestação principal da industria (Figura 20), por um período de um mês. Ambos os pontos de monitorização foram tomados no nível de tensão do barramento principal de alimentação da indústria, de 20,5 kV, alimentação trifásica, com ligação em delta. O ponto de monitorização 1, ou local 1, situa-se junto à alimentação de um dos setores de laminação da industria. As cargas de interesse deste setor são os motores e seus sistemas de acionamento. As variações de tensão de curta e longa durações podem comprometer o funcionamento, tanto do circuito de controle como dos circuitos de potência dos acionamentos, podendo chegar a comprometer a produção, por exemplo, pelas paradas provocadas pela atuação dos circuitos de proteção do próprio sistema de acionamento. Para a análise da qualidade de energia neste local de monitorização foram utilizados os dados de medição de tensão eficaz de regime permanente, tomados a intervalos de 5 minutos durante o período selecionado na consulta ao banco de dados, de 15 dias (Tabela 9). As estatísticas referentes aos dados selecionados pelo intervalo indicam a maior amplitude, ou diferença entre o maior e menor valores, para o canal 1, ou tensão entre as fases R e S. 92 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 138 kV TR1 25 MVA Ponto de monitorização 1 TR2 25 MVA Ponto de monitorização 2 20,5 kV Laminação TR 3 12 MVA 6,6 kV Outras cargas Outras cargas TR 4 8,8 MVA 6,6 kV Outras cargas TR6 / TR7 1,1 MVA 4000 kW Outros acionamentos M TR 5 10 MVA M 0,44 kV Forno panela )LJXUD±'LDJUDPDXQLILODUVLPSOLILFDGRGDLQG~VWULDVLGHU~UJLFDDQDOLVDGDHDORFDOL]DomRGRV SRQWRVGHPRQLWRUL]DomR Os registros de dados de regime permanente, compostos de valores máximos, médios e mínimos, ordenados cronologicamente, podem ser resumidos por medidas estatísticas de locação (e.g. média, mediana) e de dispersão (e.g. desvio padrão), calculadas para as três categorias de dados, além de poderem ser classificados por sua freqüência de ocorrência entre os limites de tensão de regime permanente (Tabela 10). 93 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVSDUDUHJLVWURVGHWHQVmRHILFD] &DQDOGHPHGLomR 'DWDKRUDLQLFLDO 'DWDKRUDILQDO ,QWHUYDOR 1URGHUHJLVWURV ,QWHUYDORGHPHGLomRPLQ 1 05/09/98 0:00:49 19/09/98 23:58:12 14 dias; 23 horas; 57 minutos 4295 05:00 7DEHOD±,QIRUPDo}HVHVWDWtVWLFDVVREUHRVUHJLVWURVGHWHQVmRHILFD]GDFRQVXOWDDREDQFRGH GDGRV 0i[LPRVSX 0pGLD 1.00573 'HVYLRSDGUmR 0.00887 0HGLDQD 1.00591 0DLRU 1.04039 0HQRU 0.96695 )DL[DVGHWHQVmRSX 9 9 9! 0pGLRVSX 0.99344 0.01012 0.99408 1.02938 0.94701 0tQLPRVSX 0.96800 0.01902 0.96878 1.01732 0.84394 1URGHRFRUUrQFLDV 0 4295 0 1 4294 0 777 3518 0 A partir das categorias de valores, máximos médios e mínimos é possível traçar gráficos de tendências de valor eficaz afim de ter uma visualização do comportamento da tensão durante um intervalo de tempo. Utilizando-se dos valores mínimos e máximos para a construção de um gráfico de tendências, obtém-se um envelope de tensão, dentro do qual os valores de tensão eficaz, calculados ciclo a ciclo, compreendem-se (Figura 21). Da mesma forma pode-se traçar o gráfico de tendências para os valores médios. Por inspeção visual ou por identificação automática de valores fora das faixas de aceitação dos níveis de tensão eficaz, feita junto ao gráfico de tendências ou a seus respectivos registros , pode-se detectar a necessidade de visualização do comportamento da tensão sobre períodos de tempo menores. Um novo gráfico pode ser traçado, com um intervalo de tempo contido no intervalo de tempo selecionado pela consulta inicial (Figura 22). 94 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 7HQGrQFLDVGHYDORUHILFD] /RFDO&DQDO 1.2 > C 1 @A B EF > 6 : 0.8 >? D< 7 9 :8 7 0.6 ;< = 0.4 0.2 5 67 0 05/09/98 10/09/98 15/09/98 Valor máximo 20/09/98 Valor mínimo "!#$ %'&() *,+-%/. &10 #3214 )LJXUD±(QYHORSHGHWHQVmRIRUPDGRSHORYDORUHILFD]PtQLPRHPi[LPRSDUDXPLQWHUYDORGH GLDV 7HQGrQFLDVGHYDORUHILFD] /RFDO&DQDO 1.2 id 1 h fg de kl d \ ` 0.8 jb ] _ `^ ] 0.6 ab c [ \] 0.4 0.2 0 18/09/98 19/09/98 Valor máximo 20/09/98 Valor mínimo G HI"J KLMN O'PQJ'I"J1RTS-O'U"P1V MXWZY )LJXUD±(QYHORSHGHWHQVmRIRUPDGRSHORYDORUHILFD]PtQLPRHPi[LPRWRPDGRVHPXP LQWHUYDORGHWHPSRPHQRUGHGLDV Os valores obtidos desta consulta podem também ser classificados pela freqüência de ocorrências em faixas de valores pré estabelecidas. Desta forma tem-se a distribuição de freqüência dos registros de valor eficaz, para os valores máximos, médios e mínimos (Figura 23). 95 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 'LVWULEXLomRGHUHJLVWURVGHYDORUHILFD] /RFDO&DQDO 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 90-95 Valores máximos 95-100 100-105 Valores médios 105-110 Valores mínimos m(npoqZrts'nQuwv x3yXz|{ }~Qyo-s1,v oy- )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDHPIDL[DVGHWHQVmRGHYDORUHILFD]SDUDRVYDORUHPtQLPRV PpGLRVHPi[LPRVSDUDRLQWHUYDORGHGLDV O segundo ponto de monitorização, ou local 2, situa-se junto à alimentação de um forno tipo panela. Os objetivos de monitorização neste ponto são a verificação do nível de injeção de correntes harmônicas no sistema e a verificação do nível de distorção harmônica de tensão. Os harmônicos produzidos por fornos a arco, usados na produção de aço, são imprevisíveis. Isto ocorre dado à variação ciclo a ciclo de solicitação de corrente. A corrente de arco é não periódica e a análise revela um espectro de freqüências contínuo, de freqüências de ordem inteira ou não. Contudo, estudos revelam a predominância de freqüências de ordem inteira e, normalmente baixa, até a sétima ordem [38]. Pode-se ter uma idéia do regime de operação do forno pela observação das tendências do valor eficaz de corrente (Figura 24). As informações sobre os dados desta consulta (Tabelas 11 e 12) mostram uma grande variação da corrente demandada pelo forno. Os objetos de dados referentes a harmônicos representam registros de um ciclo de forma de onda tomado em intervalos periódicos. Para análise da distorção harmônica de corrente – DHC deve-se normalizar os registros como percentuais da máxima corrente de demanda. 96 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 7HQGrQFLDVGHYDORUHILFD] /RFDO&DQDO 250 200 ®¯° ¬ ©ª «¦ ¨¦ 150 £ ¤¥¥ 50 ¦§ 100 0 04/09/98 06/09/98 08/09/98 Valor máximo 10/09/98 Valor mínimo 3 | t|t| Q ¡ X¢ )LJXUD±7HQGrQFLDVGHYDORUHILFD]GHFRUUHQWHSDUDXPLQWHUYDORGHGLDV Este processo é necessário porque, quando um registro de forma de onda é tomado em um instante em que a corrente demandada é baixa, os componentes harmônicos, calculados em relação a esta pequena corrente, ficam excessivamente grandes e sem sentido, o mesmo acontece com a DHC calculada para estes valores. 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVSDUDUHJLVWURVGHYDORUHILFD]GHFRUUHQWH &DQDO 'DWDKRUDLQLFLDO 'DWDKRUDILQDO ,QWHUYDOR 1URGHUHJLVWURV ,QWHUYDORGHPHGLomRPLQ 2 04/09/98 2:02:22 10/09/98 1:58:22 05 dias 23 horas 56 minutos 1658 05:00 7DEHOD±,QIRUPDo}HVHVWDWtVWLFDVVREUHRVUHJLVWURVGHFRUUHQWHHILFD]GDFRQVXOWDDREDQFRGH 0pGLD 'HVYLRSDGUmR 0HGLDQD 0DLRU 0HQRU GDGRV 0i[LPRV$ 51.94169 54.52558 2.41500 213.83376 1.17144 0pGLRV$ 19.64841 20.60163 2.10804 61.25556 1.03128 0tQLPRV$ 2.41187 3.61516 1.75716 41.22588 0.82836 97 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Inicialmente faz-se necessário a determinação da corrente de demanda máxima. Esta corrente deve ser tomada em intervalos de 15 ou 30 minutos de demanda. É recomendável que a corrente de carga IL seja calculada como a corrente média da maior demanda pelos 12 meses precedentes [38]. A corrente de demanda máxima foi calculada como sendo a máxima corrente entre os valores médios de corrente eficaz. Inicialmente foi feita uma consulta aos dados de valor eficaz de corrente em um intervalo de 30 dias32. Estes dados, disponíveis em intervalos de cinco minutos, foram reestruturados em intervalos de 15 minutos, quando então foi encontrado o valor máximo entre os valores médios calculados, de 18,9 A. Em seguida foi feita uma consulta ao banco de dados, quando são selecionados os objetos de dados de harmônicos por período, local e canal. Foi selecionado um período aproximado de 7 horas, com intervalos entre dados de 5 minutos (Tabela 13). Como o objetivo deste estudo de caso é simplesmente demonstrar as possibilidades de recuperação e tratamento dos dados, será admitido que esta taxa de registros se faz suficiente para a caracterização de harmônicos neste local de monitorização33 (local 2). 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVSDUDRVREMHWRVGHKDUP{QLFRVGHFRUUHQWH &DQDOGHPHGLomR 'DWDKRUDSULPHLURHYHQWR 'DWDKRUD~OWLPRHYHQWR ,QWHUYDOR 1UR'HUHJLVWURV 2 04/09/98 18:52 05/09/98 2:02 07 horas 10 minutos 00seg 4350 Utilizando este valor de corrente de demanda máxima, juntamente com o valor do componente de corrente de ordem fundamental, por meio de uma mudança de base, altera-se todos os registros de harmônicos de um determinado período para que estes 32 Este é o período de dados disponível para o local em questão. A taxa de registro de forma de onda de ciclo, disponível para análise neste local de monitorização é pequena devido ao fato desta monitorização ter sido realizada remotamente e com uma limitação para comunicação de dados. Uma única linha telefônica foi compartilhada para dois equipamentos monitores e ainda para comunicação de voz entre o local de monitorização e o terminal remoto. A memória dos equipamentos monitores não suportava armazenar informações pelo período necessário, à taxa necessária, sendo assim foi feita a opção por reduzi-la. 33 98 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR passem a ser percentuais da corrente de demanda máxima. Então todos estes objetos selecionados têm calculados os seus valores de distorção harmônica de corrente, podendo prover um gráfico de tendências de DDT (Figura 25). 7HQGrQFLDVGH'LVWRUomRGH'HPDQGD 7RWDO''7/RFDO&DQDO ÄÁ à ÂÁ Ê ½¾ ¼ º» º ÄÆ ÀÁ¿À ÅÆ É Ç ÅÈ Â ÅÆ ÄÁ 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 19:00 20:00 21:00 22:00 ±(² ³µ´-¶/·¸-¹ 23:00 00:00 01:00 )LJXUD±7HQGrQFLDVGHGLVWRUomRGHGHPDQGDWRWDO''7SDUDXPLQWHUYDORGHKRUDV Os componentes harmônicos individuais, cada ordem harmônica, podem ter sua média calculada e o espectro resultante ser graficamente apresentado (Figura 26). Ë(Ì Í(ÎÏ ÐÒÑ3ÓÏÕÔÖ-ÐØ×ÚÙ1Û(Ì Ü3ÖÞÝQßÕÜXÏ1ÐØÐÒß ÛÎß'ß ×áàß ÐÒÜXß ÛÎÒâÖ-ã¡ÝQÖ ÜXÏ1ÐäÐß ÛÎßÕÝQß/Ý(ß ×åÖ-Û-ÝQÖ×åæ3çQÌ ×åÖ èé-Ï(ÜXÖã¡êìë(íîÖÛÖ-ã¡êXï 33.20316 ü ù ü ø õ þ ÿ õ ý û ûü ú ÷øù ö û õü ôõ ûü 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 ð ÐwÝQß ×ñÔÖ-ÐØ×ÚÙ1Û(Ì ÜXÖÞèò(ÐwÏZó ï )LJXUD±(VSHFWURGHIUHTrQFLDVGDGLVWRUomRKDUP{QLFDGHFRUUHQWHSDUDXPLQWHUYDORGH KRUDV 99 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR A análise da distorção harmônica de tensão - DHT pode ser feita pela tabela de registros de DHT ou por sua representação gráfica, apresentada sob a forma de um gráfico de tendências de distorção harmônica de tensão versus período de interesse (Figura 27). 7HQGrQFLDVGH'LVWRUomR+DUP{QLFDGH 7HQVmR'+7/RFDO&DQDO 1.6 #$ " 1.4 ! 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 )LJXUD±7HQGrQFLDVGHGLVWRUomRKDUP{QLFDGHWHQVmRSDUDXPLQWHUYDORGHKRUDV Outras formas de recuperação de dados e análises estatísticas podem ser elaboradas utilizando os objetos de dados de harmônicos. Pode-se, por exemplo, obter medidas estatísticas para os valores de DHT ou DDT para determinado período ou ainda tratar individualmente ordens harmônicas específicas. Para monitorizações realizadas junto ao ponto de acoplamento comum – PAC, os resultados podem ser automaticamente comparados a valores normalizados, verificando conformidade ou não, com os mesmos. &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 100 &DVR±0RQLWRUL]DomRQDLQWHUIDFH&RQVXPLGRU&RQFHVVLRQiULD O segundo caso avalia a qualidade de energia elétrica no sistema da concessionária, junto à entrada de energia elétrica de uma indústria do setor têxtil. O objetivo da monitorização é a avaliação das ocorrências de variações de tensão de curta duração, especificamente os afundamentos de tensão, e de transitórios impulsivos. O processo produtivo da indústria interessada utiliza máquinas de texturização, cujos sistemas de controle e acionamento, baseados no uso de controladores lógicos programáveis - CLP e acionamentos a velocidade variável – AVV, com controle individual através de unidades microprocessadas, respectivamente, mostra-se sensível à variações de tensão de curta duração. A lógica dos CLP apresenta disfunções e os AVV, além de apresentar disfunções lógicas em seus controles, não conseguem manter a estabilidade de velocidade dos motores. As conseqüências são perdas na qualidade do produto e interrupções no processo produtivo, com grande tempo de reinicialização de operação. Um ponto de monitorização foi instalado no nível de tensão de 138 kV, no ponto de acoplamento dos sistemas da concessionária e da indústria (Figura 28). O tipo de conexão elétrica do sistema monitorizado é estrela. A monitorização foi realizada durante aproximadamente 1 mês, neste único local de monitorização, denominado local 9. Uma consulta ao banco de dados seleciona os valores com amplitude menor que 0,95, no local de monitorização número 9, nos canais de tensão 1, 3 e 5, e ordena, cronologicamente, os registros de afundamentos de tensão. O resultado desta consulta é tratado afim de se obter outras informações sobre o conjunto de dados. Foram registradas 76 ocorrências de afundamentos de tensão, que atenderam os critérios de consulta, durante o período de monitorização (Tabela 14). Foram calculadas algumas medidas estatísticas sobre a amplitude (por unidade) e sobre a duração (em segundos) dos afundamentos de tensão (Tabela 15). 101 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR SE 138 kV 138 kV 69 kV 69 kV 138 kV SE SE 69 kV SE Indústria Têxtil SE )LJXUD±'LDJUDPDVLPSOLILFDGRGRVLVWHPDHOpWULFRGDFRQFHVVLRQiULDLQGLFDQGRDORFDOL]DomRGD LQG~VWULDGHLQWHUHVVH A distribuição de freqüência de ocorrências dos afundamentos de tensão é apresentada graficamente ou por meio de tabelas, indicando a freqüência em faixas de amplitude (Figura 29) ou em faixas de duração (Figura 30). 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVSDUDRVUHJLVWURVGHDIXQGDPHQWRVGH WHQVmR &DQDOGHPHGLomR 'DWDKRUDSULPHLURHYHQWR 'DWDKRUD~OWLPRHYHQWR ,QWHUYDOR 1URGHUHJLVWURV 1, 3, 5 17/07/98 17:46:56 12/08/98 9:36:57 25 dias 15 horas 50 minutos 76 7DEHOD±,QIRUPDo}HVHVWDWtVWLFDVVREUHRVUHJLVWURVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRGDFRQVXOWDDR 0pGLD 'HVYLRSDGUmR 0HGLDQD 0DLRU 0HQRU EDQFRGHGDGRV $PSOLWXGHSX 0.91288 0.05156 0.94073 0.94965 0.77871 )DL[DVGHDPSOLWXGHSX 2FRUUrQFLDV1UR 9 0 9 18 9 58 'XUDomRVHJ 2.20833 2.79195 0.54167 8.33330 0.08333 102 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGH$03/,78'(GH DIXQGDPHQWRVGHWHQVmRORFDO Q P H NO G K LM I FJH H E FG 0.99 - 1 0.97 - 0.98 0.95 - 0.96 0.93 - 0.94 0.91 - 0.92 0.89 - 0.9 0.87 - 0.88 0.85 - 0.86 0.83 - 0.84 0.81 - 0.82 0.79 - 0.8 0.77 - 0.78 0.75 - 0.76 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 % &('*)+*,.-./ 0132)4-.576/ 8 ':92)<;69=2->'?)&(1A@B03&0C58 &.-./ D )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGHDPSOLWXGH 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGH'85$d2GH DIXQGDPHQWRVGHWHQVmRORFDO p o g mn f j kl h eig g d ef 9.5 - 10 R S(T?UV*W(X.Y Z[3\U<\C]VXB^`_BZa [AUAbc 8.5 - 9 7.5 - 8 6.5 - 7 5.5 - 6 4.5 - 5 3.5 - 4 2.5 - 3 1.5 - 2 0.5 - 1 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGHGXUDomR Os afundamentos de tensão também podem ser classificados, simultaneamente, pela duração e amplitude e apresentados sob a forma de uma tabela de freqüência cumulativa (Tabela 16). Outra forma de apresentação de dados de afundamentos de tensão é a representação gráfica de distribuição de freqüência, aqui não cumulativa (Figura 31), indicando os afundamentos de tensão característicos do local de monitorização. 103 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 7DEHOD±)UHTrQFLDDFXPXODGDGHRFRUUrQFLDVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH DPSOLWXGHHGXUDomR $PSOLWXGH SX ! 76 18 6 0 0 0 0 0 0 0 )UHTrQFLDDFXPXODGD 'XUDomRVHJ ! ! ! 61 41 37 15 5 5 6 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ! 33 4 2 0 0 0 0 0 0 0 ! 26 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2FRUUrQFLDVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH DPSOLWXGHHGXUDomRORFDO 25 20 qsrBtCuvuwyxr(z {}| ~? u:tA 15 10 5 0 {.z ({}|3 4{.7 z ~ {>* yx(|ABt3xtC7z x.{ {.z ({`|< Cu{B`Bt ~ |A AA )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHRFRUUrQFLDVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH GXUDomRHDPSOLWXGH 104 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Além dos afundamentos de tensão, foi avaliada a ocorrência de transitórios no mesmo local de monitorização, local 9. A ocorrência de transitórios pode ser, também, causa de má operação de dispositivos eletrônicos de conversão de energia [25]. Controladores podem interpretar a elevada tensão como um sinal de situação perigosa e, por segurança, desconectar a carga. Os transitórios podem ainda interferir no gatilhamento de tiristores. Embora o ponto de medição não esteja localizado junto à carga, esta análise se faz importante por complementar o estudo de eventuais causas de problemas no sistema do consumidor ocorridas pela qualidade da energia elétrica, no ponto de entrega, no sistema da concessionária. Foi realizada uma consulta para levantamento de todos os transitórios, nos canais de tensão, ocorridos no local 9 (Tabela 17). O resumo estatístico da consulta é aplicado sobre os campos referentes aos valores de pico positivo e negativo dos transitórios (Tabela 18). 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVVREUHWUDQVLWyULRV &DQDOGHPHGLomR 'DWDKRUDSULPHLURHYHQWR 'DWDKRUD~OWLPRHYHQWR ,QWHUYDOR 1URGHUHJLVWURV 1, 3, 5 18/06/98 7:42:47 12/08/98 7:03:45 23 dias; 23 horas; 20 minutos 61 7DEHOD±,QIRUPDo}HVHVWDWtVWLFDVVREUHRVUHJLVWURVGHWUDQVLWyULRVGDFRQVXOWDDREDQFRGH GDGRV 0pGLD 'HVYLRSDGUmR 0HGLDQD 0DLRU 0HQRU 3LFRN9 320573.95082 97009.80664 346000.00000 475000.00000 43087.00000 3LFRN9 -304551.73951 135829.32561 -314802.20000 -87054.23000 -507000.00000 105 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Os transitórios selecionados podem ser classificados em faixas de amplitude e apresentados como um gráfico de ocorrências que possibilita a visualização das faixas de amplitude de maior incidência de ocorrências (Figura 32). 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGH9DORUHVGH3LFR GHWUDQVLHQWHVORFDO 7 6 5 4 3 2 1 ± ° ¨ ®¯ § « ¬ © ¦ª¨ ¨ ¥ ¦§ 490 - 500 450 - 440 (*?(. <4( :4 ¡B¢¤£ 410 - 400 370 - 360 330 - 320 290 - 300 250 - 260 210 - 220 170 - 180 130 - 140 90 - 100 50 - 60 10 - 20 0 )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGDVRFRUUrQFLDVGHWUDQVLWyULRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH DPSOLWXGH3LFRVSRVLWLYRV A fim de prover informações que possibilitem a correlação da ocorrência de transitórios com a ocorrência de paralisações na planta do consumidor, pode-se classificar os transitórios pela hora do dia de seu registro. Assim monta-se o gráfico de ocorrências de transitórios por hora do dia (Figura 33). Ainda como formas de apresentação de dados é possível fazer outros tratamentos estatísticos sobre os dados de uma consulta, como, por exemplo, o levantamento das freqüências cumulativas de ocorrências de transitórios. Além disto, as consultas podem filtrar dados de um canal específico e as informações serem apresentadas para cada canal, individualmente. Uma parte dos dados que não foi explorada é o registro de comportamento da corrente correspondentes aos afundamentos de tensão. 106 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGHRFRUUrQFLDVGH WUDQVLHQWHVSRUKRUDGRGLDORFDO Ï Î Æ ÌÍ Å É ÊË 25 20 15 Ç ÄÈ 10 à ÄÅ 5 ÆÆ 0 ² ³(´?µ¶*·(¸.¹ º»3¼µ¾½ºC¶¸}»3¼º4¼C¿ ¸ÁÀ?½Â )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGDVRFRUUrQFLDVGHWUDQVLWyULRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGHKRUD GRGLD 107 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR &DVR±0RQLWRUL]DomRGDDOLPHQWDomRGHXPDUHGHGHFRPSXWDGRUHV O terceiro caso avalia a qualidade da energia elétrica que supre uma rede de computadores. O objetivo da monitorização efetuada neste local é a verificação da ocorrência de afundamentos de tensão e o impacto dos mesmos sobre a rede de computadores. Um ponto de monitorização foi instalado junto à entrada do quadro de disjuntores de baixa tensão que distribui energia elétrica aos sistemas de iluminação, arrefecimento e à alimentação dos computadores (Figura 34). O local foi denominado local 10, a alimentação é trifásica, a conexão é em estrela e a tensão nominal é de 127 V. Supondo que a instalação elétrica esteja corretamente dimensionada, no que se refere aos aspectos de cabeamento e aterramento, a energia elétrica entregue no ponto de acoplamento do circuito em questão pode ser responsável pela má operação dos equipamentos, ocorrendo falhas como erros de gravação em discos, erros em tempo de execução de programas e reinicializações não desejadas. Problemas mais sérios como a danificação de placas que compõem os computadores também podem ocorrer devido a problemas na qualidade da energia elétrica. Sistema de arrefecimento Sistema de iluminação 127 V Periféricos Servidor Comp. 01 Comp. 12 )LJXUD±'LDJUDPDVLPSOLILFDGRGDUHGHGHFRPSXWDGRUHVPRQLWRUL]DGD 108 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR A correlação entre a ocorrência dos afundamentos de tensão e a ocorrência de problemas no funcionamento da rede é, basicamente, feita pelas informações por parte dos usuários do sistema. No entanto, a informação de paralisações do sistema devido a reinicializações não desejadas pode ser obtida por intermédio de programas de computador. Em um ambiente operacional como o utilizado neste local de monitorização34 é possível que se tenha a informação das reinicializações do sistema pelo registro de ações, efetuado pelo recurso de auditoria do sistema. A monitorização foi realizada por um período de aproximadamente 45 dias. Os dias iniciais da monitorização, correspondendo a um período sem chuvas, não registraram afundamentos de tensão. Nos dias subseqüentes, com a entrada do período de chuvas, foram registradas ocorrências freqüentes. As informações estatísticas dos eventos, selecionados em uma consulta por local e por período, nos três canais de tensão, registram a freqüência (Tabela 19) e a severidade dos afundamentos de tensão ocorridos (Tabela 20). 7DEHOD±,QIRUPDo}HVGDFRQVXOWDDREDQFRGHGDGRVVREUHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmR &DQDOGHPHGLomR 'DWDKRUDSULPHLURHYHQWR 'DWDKRUD~OWLPRHYHQWR ,QWHUYDOR 1URGHUHJLVWURV 1,3,5 14/02/99 12:42:09 12/03/99 23:02:25 26 dias; 10 horas; 20 minutos 52 7DEHOD±,QIRUPDo}HVHVWDWtVWLFDVVREUHRVUHJLVWURVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRGDFRQVXOWDDR 0pGLD 'HVYLRSDGUmR 0HGLDQD 0DLRU 0HQRU )DL[DVGHDPSOLWXGHSX 9 9 9 34 EDQFRGHGDGRV $PSOLWXGHSX 0.72888 0.10395 0.75354 0.84483 0.40163 1UR2FRUUrQFLDV 18 34 0 Windows NT é marca registrada Microsoft Corporation. 'XUDomRVHJ 0.15321 0.18981 0.09167 0.80002 0.01667 109 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR A distribuição de freqüência de amplitude dos afundamentos de tensão (Figura 35) aponta um acúmulo de ocorrências entre 0,77 e 0,85 pu., conforme indicado pela mediana dos valores de amplitude. A distribuição de freqüência de duração dos afundamentos de tensão (Figura 36) pode auxiliar no diagnóstico da causa dos afundamentos de tensão, seja pela comparação com tempos característicos de proteção do sistema de distribuição ou pelo tempo característico da variação provocada por uma carga perturbadora identificada. 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGH$03/,78'(GH DIXQGDPHQWRVGHWHQVmRORFDO 30 25 20 Ï Î Æ ÌÍ Å 10 É ÊË Ç ÄÈÆ 5 à ÄÅ 15 Æ 0.99 - 1 0.97 - 0.98 0.95 - 0.96 0.93 - 0.94 0.91 - 0.92 0.89 - 0.9 0.87 - 0.88 0.85 - 0.86 0.83 - 0.84 0.81 - 0.82 0.79 - 0.8 0.77 - 0.78 0.75 - 0.76 0 ² ³(´*µy¶*·(¸.¹ º»3¼µ¸Ð¹ ¿ ´Ñ¼µ<ÀÒ¼¸>´*µ³(»Óº3³ºÔ¿ ³.¸¹  )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGHDPSOLWXGH Uma tabela de ocorrência cumulativa de afundamentos de tensão (Tabela 21) classifica os eventos em sua amplitude e duração, simultaneamente. Uma tabela semelhante, porém com faixas de classificação menores e com informações referentes a um maior período de monitorização, podem prover um registro gráfico, denominado gráfico de compatibilidade dos afundamentos de tensão [47], semelhante a um contorno topográfico, classificando o local de monitorização. 110 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 'LVWULEXLomRGHIUHTXrQFLDGH'85$d2GH DIXQGDPHQWRVGHWHQVmRORFDO ò ñ é ïð è ì íî ê çëé é æ çè 0.49 - 0.5 0.45 - 0.46 Õ Ö(×?ØÙ*Ú.Û.Ü ÝÞ3ßØ<ßCàÙ:ÛBá}âBÝ4ã ÞAØAäå 0.41 - 0.42 0.37 - 0.38 0.33 - 0.34 0.29 - 0.3 0.25 - 0.26 0.21 - 0.22 0.17 - 0.18 0.13 - 0.14 0.09 - 0.1 0.05 - 0.06 0.01 - 0.02 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGHGXUDomR 7DEHOD±)UHTrQFLDDFXPXODGDGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSDUDRORFDO $PSOLWXGH SX ! 52 52 33 18 5 3 0 0 0 0 )UHTrQFLDDFXPXODGD 'XUDomRVHJ ! ! ! 11 5 3 11 5 3 5 3 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ! 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 ! 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Para os dados de ocorrências de afundamentos de tensão, classificados em faixas de amplitude e duração de forma não cumulativa, registra-se, graficamente, o número de ocorrências por faixas de amplitude e duração dos afundamentos de tensão (Figura 37). 111 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR 2FRUUrQFLDVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH DPSOLWXGHHGXUDomRORFDO 14 12 ósô`õövö÷øô(ù ú`û ü?ý öõAþ ÿ 10 8 6 4 2 0 ü ú.ù ( ú`û öúBõ ü ûAÿ úù . ú}û ú ù úø(û(õ<øõù ø.ú ÿ )LJXUD±'LVWULEXLomRGHIUHTrQFLDGHRFRUUrQFLDVGHDIXQGDPHQWRVGHWHQVmRSRUIDL[DVGH GXUDomRHDPSOLWXGH Cada evento, referente a um afundamento de tensão, pode ser representado, tomando-se a amplitude como ordenada e a duração como abscissa, sobre a curva CBEMA (Figura 38) e sobre a curva ITIC (Figura 39). As curvas são semelhantes mas podemos verificar que a curva CBEMA é mais rigorosa que sua sucessora, a curva ITIC. Ambos os conjuntos de curvas indicam o limite de suportabilidade de computadores a variações de tensão de curta duração, aplicando-se, por extensão, a outros equipamentos microprocessados. As curvas inferiores fornecem os limites aceitáveis (região acima delas) para os afundamentos de tensão e interrupções. Os pontos que se encontram fora de seus limites são potenciais causadores de disfunções na operação dos computadores. Estes pontos podem ser identificados e contabilizados em estatísticas ou listados com todos seus outros atributos como data/hora, canal, local etc.. 112 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Apesar da grande incidência de pontos localizados abaixo da curva inferior, não foi registrado nenhuma ocorrência de desligamento involuntário (reinicialização), falha, ou danificação de equipamentos durante o período monitorizado. Esta capacidade de suportar os afundamentos de tensão ocorreu devido à presença de um equipamento condicionador de energia, localizado entre os computadores e quadro de alimentação, justificando sua necessidade. $IXQGDPHQWRVGHWHQVmR&%(0$ /RFDO 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.001 0.01 0.1 1 10 "!#%$ &'()*#&+ 100 7 86 ;/ 45 : 31 4 0 5-8 3 42 3 :5 /01 . 9 .2 ,- 0.0 1000 )LJXUD±3RQWRVGXUDomR[DPSOLWXGHWUDoDGRVVREUHDFXUYD&%(0$±&RPSXWHU%XVLQHVV (TXLSPHQW0DQXIDFWXUHUV$VVRFLDWLRQ Outras formas de apresentação de informações podem ser desenvolvidas utilizando estrutura de dados das variações de tensão do banco de dados. Os dados podem ser classificados pela hora do dia de sua ocorrência, buscando encontrar algum padrão de ocorrência. Ainda neste sentido pode-se buscar encontrar seqüências de ocorrências de eventos que representem, por exemplo, uma seqüência de operações de religadores do sistema de distribuição de energia elétrica. Pelos intervalos de tempos entre afundamentos de tensão consecutivos é possível determinar se sua origem provém do sistema de transmissão ou do sistema de distribuição, conforme os tempos característicos de proteção aplicados a estas partes do sistema elétrico, ou ainda se os afundamentos têm uma outra causa que não a operação de dispositivos de proteção do sistema. 113 &DStWXOR±(VWXGRGHFDVR Como o registro de dados das variações de tensão de curta duração no banco de dados, por uma opção de projeto, não permite a visualização gráfica da variação (valor eficaz versus tempo), perde-se a idéia da “forma” do afundamento de tensão, ou seja, se o mesmo consiste da queda de tensão para um patamar seguido do retorno à tensão nominal (retangular) ou se entre a queda e a recuperação da tensão existe variação de tensão (irregular). Pela análise das medidas estatísticas registradas pode-se ter uma idéia desta “forma”, por exemplo, analisando a média e o desvio padrão para cada afundamento de tensão. Os dados podem também ser recuperados por estas medidas, assim uma consulta pode recuperar, por exemplo, os afundamentos de tensão de “forma retangular”. $IXQGDPHQWRVGHWHQVmR,7,& ORFDO 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.001 0.01 <=>@?ABCED FGH=IJCFK 0.1 1 10 100 W XV [O TU Z SQ T P UMX S TR S UZ OPQ N Y NR LM 0.0 1000 )LJXUD±3RQWRVGXUDomR[DPSOLWXGHWUDoDGRVVREUHDFXUYD,7,&±,QIRUPDWLRQ7HFKQRORJ\ ,QGXVWU\&RXQFLO 114 &DStWXOR±&RQFOXV}HV &DStWXOR &RQFOXV}HV Um banco de dados, capaz de armazenar informações referentes à qualidade da energia elétrica e recuperar estas informações para diferentes formas de análise, é uma ferramenta que pode ser utilizada para diversos fins. A aplicação imediata está no diagnóstico de problemas relativos à qualidade da energia elétrica pelo acompanhamento da operação de um sistema elétrico. Esta estrutura pode ainda ser utilizada na avaliação de dados provenientes de simulações de distúrbios que afetam a qualidade da energia elétrica, na verificação ou desenvolvimento de índices de desempenho para sistemas elétricos e no levantamento de características de sensibilidade de equipamentos. O banco de dados desenvolvido pode ser considerado como sendo uma parte de um conjunto de ferramentas em desenvolvimento no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-MG, e deve prover uma base de dados de pesquisas para o estudo da qualidade da energia elétrica como um todo e dos fenômenos eletromagnéticos individuais, particularmente, o estudo de harmônicos e dos afundamentos de tensão, fenômenos que mais afetam a qualidade da energia elétrica. Ferramentas de simulação podem gerar dados que, uma vez adequadamente formatados, são inseridos no banco de dados e passam a compartilhar das possibilidades de análise das informações. As possibilidades de recuperação de informações indicam que a estrutura de dados proposta pelo banco de dados está comprometida com os diversos tipos de análise exigidos por diferentes objetivos de monitorização, como nos casos exemplo. No entanto, estas possibilidades foram pouco exploradas e, além da melhor exploração das formas de recuperação e apresentação da informação, a estrutura de dados pode facilmente sofrer modificações que venham a ser definidas pela necessidade de análises mais complexas. &DStWXOR±&RQFOXV}HV 115 Do ponto de vista do monitoramento da qualidade de energia, verifica-se a necessidade de definição de um protocolo de medições que responda a questões como, quando, onde e por quanto tempo as medições/monitorizações devem se feitas, o sincronismo entre medições simultâneas realizadas em vários pontos, as capacidades e limitações dos equipamentos diante dos diferentes objetivos de monitorização etc.. A formatação dos dados de qualidade da energia elétrica para transferência de informações, dos equipamentos monitores ou de ferramentas de simulação para o banco de dados, fica impossibilitada de uma generalização. A não existência de um protocolo de transferência de dados para este tipo de informação exige um esforço de programação a cada vez que se deseje utilizar informações de uma fonte diferente. Este problema pode ser melhor tratado quando se dispõe da interface de programas aplicativos – API do programas de gerenciamento de equipamentos monitores ou de ferramentas de simulação. Pode-se afirmar que uma metodologia de gerenciamento da qualidade da energia elétrica, como a proposta, torna viável a análise de uma grande quantidade de informações de forma sistemática e automática, atendendo a objetivos específicos selecionados pelo usuário, consistindo, portanto, numa excelente ferramenta para o gerenciamento da qualidade da energia elétrica. 3URSRVLomRGHWUDEDOKRVIXWXURV Implementação de simulações de variações nos parâmetros do sistema elétrico e inserção destes dados no banco de dados. Exportação de dados, através de tabelas estáticas e dinâmicas, para páginas da :RUOG:LGH:HE. As informações contidas no banco de dados pode ser apresentada &DStWXOR±&RQFOXV}HV 116 em formato HTML35. Assim, consultas e tabelas do banco de dados podem ser apresentadas utilizando das facilidades oferecidas pela ,QWHUQHW. Reconhecimento de padrões de ocorrência de eventos. Nos fenômenos eletromagnéticos como as variações de tensão de curta duração, mais especificamente os afundamentos de tensão, estudo da duração e amplitude das ocorrências pode ser mais aprofundado, pela utilização do banco de dados e de ferramentas de simulação, no sentido de identificar características comuns a um conjunto de ocorrências. Estas características podem identificar, por exemplo, afundamentos de tensão gerados por dispositivos de proteção do sistema de distribuição. Um sistema especialista, utilizando de técnicas de inteligência artificial tais como, por exemplo, redes neurais e lógica fuzzy [82], pode ser desenvolvido, operando sobre a base de dados formada, com o objetivo de reconhecimento de padrões e definição de tendências, possibilitando uma aceleração do processo de estimativa, e a garantia de índices de certeza pré-estabelecidos, para índices de performance calculados e, assim, desenvolver uma ferramenta computacional que seja um elemento efetivo no processo de gerenciamento da qualidade da energia elétrica. HTML - +\SHU7H[W0DUNXS/DQJXDJH é uma linguagem de descrição de página para a criação de arquivos que possam ser formatados e exibidos pelos EURZVHUV da :RUOG:LGH:HE. 35 5HIHUrQFLDV%LEOLRJUiILFDVH%LEOLRJUDILD&RPSOHPHQWDU 117 5HIHUrQFLDV%LEOLRJUiILFDV [01] WAGNER, V., GREEB, T., KRETSCHMANN, R., MORGAN, L., ” Power System Compatibility with Industrial Process Equipment” , IEEE Industry Applications Magazine, p.11-15, jan./feb., 1996. 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Valor Máximo Número (Duplo) 8 40 Eventos_Disturbios_RMS Amp_Med Amplitude da variação - Valor Médio Número (Duplo) 8 41 Eventos_Disturbios_RMS Amp_Min Amplitude da variação - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 42 Eventos_Disturbios_RMS Dur_Max Duração da variação - Valor Máximo Número (Duplo) 8 43 Eventos_Disturbios_RMS Dur_Med Duração da variação - Valor Médio Número (Duplo) 8 44 Eventos_Disturbios_RMS Dur_Min Duração da variação - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 45 Eventos_Disturbios_RMS Media_Max Média dos valores registrados - Valor Máximo Número (Duplo) 8 46 Eventos_Disturbios_RMS Media_Med Média dos valores registrados - Valor Médio Número (Duplo) 8 47 Eventos_Disturbios_RMS Media_Min Média dos valores registrados - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 48 Eventos_Disturbios_RMS Des_Max Desvio padrão dos valores registrados - Valor Máximo Número (Duplo) 8 49 Eventos_Disturbios_RMS Des_Med Desvio padrão dos valores registrados - Valor Médio Número (Duplo) 8 50 Eventos_Disturbios_RMS Des_Min Desvio padrão dos valores registrados - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 51 Eventos_Disturbios_RMS Med_Max Mediana dos valores registrados - Valor Máximo Número (Duplo) 8 52 Eventos_Disturbios_RMS Med_Med Mediana dos valores registrados - Valor Médio Número (Duplo) 8 53 Eventos_Disturbios_RMS Med_Min Mediana dos valores registrados - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 54 Eventos_Disturbios_RMS Max_Max Valor máximo entre os valores registrados - Valor Máximo Número (Duplo) 8 55 Eventos_Disturbios_RMS Max_Med Valor máximo entre os valores registrados - Valor Médio Número (Duplo) 8 56 Eventos_Disturbios_RMS Max_Min Valor máximo entre os valores registrados - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 57 Eventos_Disturbios_RMS Min_Max Valor mínimo entre os valores registrados - Valor Máximo Número (Duplo) 8 58 Eventos_Disturbios_RMS Min_Med Valor mínimo entre os valores registrados - Valor Médio Número (Duplo) 8 59 Eventos_Disturbios_RMS Min_Min Valor mínimo entre os valores registrados - Valor Mínimo Número (Duplo) 8 60 Eventos_Estampa Id_Evento Identificação do evento Número (Longo) 4 61 Eventos_Estampa Id_Canal Identificação do canal de Medição Número (Inteiro) 2 62 Eventos_Estampa DataHora_Evento Data e hora de ocorrência do evento Data/Hora 8 63 Eventos_Estampa Id_Local Identificação do local de monitorização Número (Longo) 4 64 Eventos_Estampa Id_Tipo_Evento Caractere que representa um tipo de evento Número (Longo) 4 65 Eventos_Estampa Id_Parametros Identificação dos parâmetros de aquisição de dados Número (Longo) 4 66 Eventos_Estampa Estado_Evento Identificação do estado de tratamento do evento Texto 1 67 Eventos_Harmonico Id_Harm Identificação do registro de valor do evento Número (Longo) 4 68 Eventos_Harmonico Id_Evento Identificação do evento Número (Longo) 4 69 Eventos_Harmonico Ordem Ordem harmônica Número (Byte) 1 70 Eventos_Harmonico Modulo Módulo da componente harmônica Número (Simples) 4 71 Eventos_Harmonico Angulo Angulo da componente harmônica Número (Simples) 4 72 Eventos_Tendencias_RMS Id_Tend_RMS Identificação do registro de valor do evento Número (Longo) 4 73 Eventos_Tendencias_RMS Id_Evento Identificação do evento Número (Longo) 4 74 Eventos_Tendencias_RMS Data_Hora Data/Hora do registro Data/Hora 8 75 Eventos_Tendencias_RMS Valor_Max Valor máximo da grandeza amostrada Número (Simples) 4 76 Eventos_Tendencias_RMS Valor_Med Valor médio da grandeza amostrada Número (Simples) 4 77 Eventos_Tendencias_RMS Valor_Min Valor mínimo da grandeza amostrada Número (Simples) 4 78 Eventos_Tipos Id_Tipo_Evento Identificação de um dado tipo de evento Número (Longo) 4 79 Eventos_Tipos Nome_Evento Nome de um evento Texto 40 80 Eventos_Tipos Descricao_Evento Descrição de um tipo de evento Memorando 81 Eventos_Transitorios Id_Impulso Identificação do impulso Número (Longo) 4 82 Eventos_Transitorios Id_evento Identificação do evento Número (Longo) 4 83 Eventos_Transitorios Pico_Positivo Valor de pico positivo do impulso Número (Longo) 4 - 84 Eventos_Transitorios Pico_Negativo Valor de pico negativo do impulso Número (Simples) 4 85 Eventos_Transitorios Tempo_Sub Tempo de subida do impulso Número (Simples) 4 86 Eventos_Transitorios Tempo_Dec Tempo de decaimento do impulso Número (Simples) 4 87 Eventos_Transitorios Comp_Freq_Pri Componente de freqüência primária Número (Longo) 4 88 Local_Monitorizacao Id_Local Identificação do local de monitorização Número (Longo) 4 89 Local_Monitorizacao Nome_Local Nome designado ao local de monitorização Texto 40 90 Local_Monitorizacao Descricao_Local Descrição do local da monitorização Memorando 91 Local_Monitorizacao Tipo_Alimentacao Tipo de alimentação do local monitorado Texto 50 92 Local_Monitorizacao Frequencia_Alimentacao Freqüência de alimentação do local monitorado Número (Inteiro) 2 93 Local_Monitorizacao Data_Inicio_Monitoramento Data de início do período de monitorização Data/Hora 8 94 Local_Monitorizacao Data_Fim_Monitoramento Data de fim do período de monitorização Data/Hora 8 95 Local_Monitorizacao Tensao_Nominal Tensão nominal do local de monitorização Número (Longo) 4 96 Local_ Monitorizacao_Contato Id_Pesquisa Relacionamento com uma pesquisa Número (Longo) 4 97 Local_ Monitorizacao_Contato Id_Contato Identificação do contato no local de monitorização Número (Longo) 4 98 Local_ Monitorizacao_Contato Nome_Empresa Nome da empresa onde está se realizando a monitorização Texto 40 99 Local_ Monitorizacao_Contato Nome_Contato Nome do Contato junto ao ponto de monitorização Texto 30 100 Local_ Monitorizacao_Contato Cargo_Contato Cargo do Contato Texto 30 101 Local_ Monitorizacao_Contato Endereço Endereço ou caixa postal. Texto 60 102 Local_ Monitorizacao_Contato Cidade Cidade Texto 15 103 Local_ Monitorizacao_Contato Estado Estado Texto 15 104 Local_ Monitorizacao_Contato CEP CEP Texto 9 105 Local_ Monitorizacao_Contato País País Texto 15 106 Local_ Monitorizacao_Contato Telefone_Fax Número do código de área + número do telefone de contato para fax Texto 24 107 Local_ Monitorizacao_Contato Telefone_Voz Número do código de área + número do telefone de contato para voz Texto 24 108 Local_ Monitorizacao_Contato Telefone_Dados Número do código de área + número do telefone de contato para conexão do instrumento monitor Texto 24 109 Local_ Monitorizacao_Contato Strng_Inic_Pc Caracteres de inicialização do modem do computador receptor remoto Texto 40 110 Local_ Monitorizacao_Contato String_Inic_Ap Caracteres de inicialização do modem do equipamento monitor Texto 40 111 Local_ Monitorizacao_Contato Obs_Contato Observações Memorando - - 112 Parametros_Medicao Id_Parametros Identificação de um conjunto de ajustes de medição Número (Longo) 4 113 Parametros_Medicao Id_Local Identificação do local de monitorização Número (Longo) 4 114 Parametros_Medicao Data_Ajuste Data/Hora de ajuste Data/Hora 8 115 Parametros_Medicao Intervalo_Amostras_Harm Harmônicas - Intervalo de amostragem entre ciclos (em ciclos) Número (Longo) 4 116 Parametros_Medicao Nro_Comp_Harmonicas Número de componentes harmônicas registradas Número (Byte) 1 117 Parametros_Medicao Intervalo_Amostras_RMS Intervalo de registro de valores RMS (em ciclos) Número (Longo) 4 118 Parametros_Medicao Limite_Sup_RMS_Fase_A Limiar superior para registro de distúrbio RMS na fase A Número (Simples) 4 119 Parametros_Medicao Limite_Sup_RMS_Fase_B Limiar superior para registro de distúrbio RMS na fase B Número (Simples) 4 120 Parametros_Medicao Limite_Sup_RMS_Fase_C Limiar superior para registro de distúrbio RMS na fase C Número (Simples) 4 121 Parametros_Medicao Limite_Sup_RMS_Neutro Limiar superior para registro de distúrbio RMS no neutro Número (Simples) 4 122 Parametros_Medicao Limiar_Inf_RMS_Fase_A Limiar inferior para registro de distúrbio RMS na fase A Número (Simples) 4 123 Parametros_Medicao Limiar_Inf_RMS_Fase_B Limiar inferior para registro de distúrbio RMS na fase B Número (Simples) 4 124 Parametros_Medicao Limiar_Inf_RMS_Fase_C Limiar inferior para registro de distúrbio RMS na fase C Número (Simples) 4 125 Parametros_Medicao Limiar_Inf_RMS_Neutro Limiar inferior para registro de distúrbio RMS no neutro Número (Simples) 4 126 Parametros_Medicao Histerese_Fase_A Limiar de histerese para registro de distúrbio RMS na fase A Número (Simples) 4 127 Parametros_Medicao Histerese_Fase_B Limiar de histerese para registro de distúrbio RMS na fase B Número (Simples) 4 128 Parametros_Medicao Histerese_Fase_C Limiar de histerese para registro de distúrbio RMS na fase C Número (Simples) 4 129 Parametros_Medicao Histerese_Neutro Limiar de histerese para registro de distúrbio RMS no neutro Número (Simples) 4 130 Parametros_Medicao Limiar_Valor_Pico_Impulso Mínimo valor de pico para o qual se registra um impulso Número (Simples) 4 131 Ocorrencias _Campo Id_Ocorrencias_Campo Código de registro de ocorrência de campo Número (Longo) 4 132 Ocorrencias _Campo Data_Ocorrencia Data exata da ocorrência do problema de qualidade de energia Data/Hora 8 133 Ocorrencias _Campo Id_Local Identificação do local de monitorização Número (Longo) 4 134 Ocorrencias _Campo Id_Tipo_Falha_Sistema Tipo de falha de sistema microprocessado verificada em Número (Longo) 4 135 Ocorrencias _Campo Id_Evidencias_Fisicas Tipo de ocorrência verificada no sistema elétrico Número (Longo) 4 136 Ocorrencias _Campo Id_Tipo_Falha_Equipamento Tipo de falha de dispositivo verificada em equipamentos Número (Longo) 4 137 Ocorrencias _Campo Id_Periodicidade Identificador de periodicidade de ocorrência de campo Número (Longo) 4 138 Ocorrencias _Campo Observacoes Observações sobre a ocorrência de campo Memorando - 139 Ocorrencia_Campo_Evidencias_Fisicas Id_Evidencias_Fisicas Identificador de ocorrências físicas Número (Longo) 4 140 Ocorrencia_Campo_Evidencias_Fisicas Evidencias_Fisicas Descrição de evidência física Texto 50 141 Ocorrencia_Campo_Periodicidade Id_Periodicidade Itentificador de periodicidade Número (Longo) 4 142 Ocorrencia_Campo_Periodicidade Periodicidade Periodicidade de ocorrência de falhas Texto 50 143 Ocorrencia_Campo_Falha_Equipamento Id_Tipo_Falha_Equipamento Identificador de tipo de falha de equipamento Número (Longo) 4 144 Ocorrencia_Campo_Falha_Equipamento Tipo_Falha_Equipamento Descrição de tipo de falhas de equipamento Texto 50 145 Ocorrencia_Campo_Falha_Sistema Id_Tipo_Falha_Sistema Identificador de tipo de falha de sistema Número (Longo) 4 146 Ocorrencia_Campo_Falha_Sistema Tipo_Falha_Sistema Descrição de tipo de falhas de sistema Texto 50 147 Pesquisa_Monitoriazcao Id_Pesquisa Identificação da pesquisa de qualidade de energia Número (Longo) 4 148 Pesquisa_Monitoriazcao Nome_Pesquisa Nome designado à pesquisa Texto 50 149 Pesquisa_Monitoriazcao Descricao_Pesquisa Descrição da pesquisa de qualidade de energia Memorando - 150 Pesquisa_Monitoriazcao Data_Inicio Data de início da pesquisa Data/Hora 8 151 Pesquisa_Monitoriazcao Data_Fim Data de encerramento da pesquisa Data/Hora 8 152 ITIC Id_Ponto Identificação do ponto Número (Longo) 4 153 ITIC Tempo Tempo de duração da variação em milisegundos Número (Duplo) 8 154 ITIC Amplitude_Lim_Sup Amplitude do limite superior em tensão percentual Número (Duplo) 8 155 ITIC Amplitude_Lim_Inf Amplitude do limite inferior em tensão percentual Número (Duplo) 8 156 CBEMA Id_Ponto Identificação do ponto Número (Longo) 4 157 CBEMA Tempo Tempo de duração da variação em milisegundos Número (Simples) 4 158 CBEMA Amplitude_Lim_Inf Amplitude do limite inferior em tensão percentual Número (Simples) 4 159 CBEMA Amplitude_Lim_Sup Amplitude do limite superior em tensão percentual Número (Simples) 4 )RUPXOiULRSDUD7RPDGDGH&RQKHFLPHQWRGH3UREOHPDVGH4XDOLGDGHGH(QHUJLD " iiii "i " ±"v ¬ ®"¢ i Código do local: O barr. do neutro esta isolado do quadro do painel? Descrição do local:_______ " " Os condutores estão devidamente dimensionados? " Neutro e terra estão separados para cada ramo de circuito? © ¢ Todas ª ii estão devidamente apertadas? "i"vas" conexões ² ³ ´µi¶·¯¸ ¹ ´iº@¸ »µ¼i·i»¶½¸ µ·i¾¶³ ¹ ¸ ¼ Paralisação do sistema? _____ CA QT Reinicializações? _____ CA QT Erros de dados? _____ CA QT Erros de¡disco ¢ £i? _____ CA QT transformadores, equipamentos de raio x) Falhas de Hardware? _____ CA QT Perda de controle do processo? _____ CA QT Danos em dispositivos remotos? _____ CA QT CA QT ¡ ¤ "¥ i¦ " i Falha na placa de I/O? _____ _____CA Desligamento de disjuntores? _____HA Sobreaquecimento de transformadores?_____ HA Sobreaquecimento de motores? _____HA QT Interferência no circuito de comunicação?____HA CA Falha no capacitor de correção de FP? _____HA QT Desempenho errático de cargas elétricas?____HA QT Redução da eficiência do sistema elétrico?____ HA Descargas atmosféricas? Queima de fusíveis? HA _____ §¨ - Cabeamento e Aterramento © ª - Qualidade de Tensão «¨ i ¬ ii""v-"Harmônicas i¬ ¬ ¥ Ocorrência de arcos elétricos? _____ Sim Não Há um registro de falhas? Sim Não O fabricante foi consultado? Sim Não Os problemas estão piorando? O que ele recomendou? Sim Não Dia da semana? S T A referência de terra está instalada? O neutro e o terra estão devidamente separados? cargas indutivas?(motores, Operação de UPSs no local? Cargas com elevadas correntes de inrush? dos fusíveis ou disjuntores? Ocorrem faltas em outro circuito ? relés, Sobrecarga do cabeamento ou incorreto dimensionamento Isolamento danificado? São utilizados capacitores para correção de FP? ² ³ ´µi¶O·¯carregamento ¸ ¹ ´iº@¸ »µ¼i·i»¶½vº±é»balanceado µº¯´¶±¶¸ »µ¿¹ ¸ ¼ entre as fases? Chaveamento de capacitores/alimentadores? Incorreto ajuste do tap do transformador? Limpeza de faltas? Alimentador de baixa tensão? « ¬ Percentual À de carregamento do transformador? Existem cargas não lineares no local? Muitos computadores? Conversores de estado sólido de potência? Fontes chaveadas? "£Acionadores " ¤i v ¬ ai velocidade variável? Fornos a arco? Á ®i Iluminação ¬ ¤iii" tipo descarga? Q S S D Todos Randômico "vi ®i v¯ ¬ ¬ ¡¢" £ "° ¬ ¤ io£"¬ £ Hora do dia? de A quanto tempo o problema ocorreu? Chaveamento HA § ¬ ¬ Suas i recomendações i " £"ajudaram? ¬ ®" i As conexões de terra estão limpas e apertadas? ª ¬ iAsi conexões ¬ i ¬ do equip. de serviço estão apertadas? Os condutores estão devidamente dimensionados? O aterramento do equip. esta devidamente conectado? O eletrodo de aterramento é suficiente? O neutro e o terra estão devidamente separados? O condutor do eletrodo de aterramento esta instalado? Todas as conexões estão apertadas? \]"^ ]`_ a`bc`d ef gih ]b"jd kl ]mon`n_ p`ecq]"jsr putvd ewbpjd bwExpyo]`_zo{el d r |x_}pkl ]~j` , IEEE Transactions on Michaels, K.M., Industry Applications, vol. 33, no. 4, Jul/Aug, 1997.