Qualidade da Energia Elétrica: Estudo e Atendimento ao Consumidor

Estudo e atendimento de instalações consumidoras Qualidade no atendimento aos consumidores 1 GTD Qualidade de Energia Elétrica A qualidade de energia elétrica é a medida que expressa quão bem a energia elétrica pode ser usada pelos consumidores e leva em consideração parâmetros considerados desejáveis para uma operação segura 2 GTD O que é qualidade da energia elétrica A qualidade da energia elétrica é uma medida que mostra como a energia está sendo usada pelas indústrias Estabelece diversos parâmetros desejáveis para uma operação segura Quando tais parâmetros não são alcançados o valor da fatura de energia elétrica pode variar substancialmente A ANEEL a partir de 2017 determinou uma série de penalidades para as concessionárias caso as mesmas venham violar cláusulas previstas em contrato 3 GTD Como controlar a qualidade da energia O objetivo principal é assegurar que a mesma esteja adquirindo as características ideais para proteção e controle inclusive da própria concessionária Qualquer empresa seja ela uma indústria comércio ou prestação de serviços pode realizar avaliações periódicas para avaliar se a energia que chega ao estabelecimento está realmente sendo tratada da maneira correta É necessário contar com uma equipe especializada que possua um sistema de gestão energética que além de reduzir o custo de energia ainda garanta a medição eficiente de todos os pontos da produção Esse sistema consegue descobrir os mais variados problemas relacionados ao consumo de energia elétrica Como resultado temos a redução drástica no custo de produção 4 Qualidade de Energia Elétrica Quais são os distúrbios que afetam a qualidade da energia Transitórios Variação de tensão de curta duração Variação de longa duração Desequilíbrios Distorções da forma de onda harmônicos cortes de tensão ruídos etc Flutuações de tensão Variações de frequência 5 Qualidade de Energia Elétrica Principais distúrbios da qualidade da energia elétrica 6 Qualidade de Energia Elétrica a tensão senoidal b transitório impulsivo c transitório oscilatório d afundamento de tensão e interrupção f salto de tensão g harmônico h corte de tensão i ruídos j interharmônicos Transitórios Os transitórios são fenômenos eletromagnéticos oriundos de alterações súbitas nas condições operacionais de um sistema de energia elétrica Geralmente a duração de um transitório é muito pequena mas de grande importância uma vez que submetem equipamentos a grandes solicitações de tensão eou corrente Existem dois tipos de transitórios os impulsivos causados por descargas atmosféricas e os oscilatórios causados por chaveamentos 7 Qualidade de Energia Elétrica Impulsivo Oscilatório Variação de tensão de curta duração As variações de tensão de curta duração podem ser caracterizadas por alterações instantâneas momentâneas ou temporárias Tais variações de tensão são geralmente causadas pela energização de grandes cargas que requerem altas correntes de partida ou por intermitentes falhas nas conexões dos cabos de sistema Dependendo do local da falha e das condições do sistema o resultado pode ser um afundamento momentâneo de tensão sag uma elevação momentânea de tensão swell ou mesmo uma interrupção completa do sistema elétrico 8 Qualidade de Energia Elétrica afundamento interrupção elevação referência Termos e Definições segundo IEC 9 Qualidade de Energia Elétrica Variação de longa duração As variações de tensão de longa duração são fenômenos semelhantes aos fenômenos de curta duração porém com a característica de se manterem no sistema elétrico por tempos superiores a três minutos São causadas por saídas de grandes blocos de carga perdas de fase dentre outras 10 Qualidade de Energia Elétrica 11 Qualidade de Energia Elétrica Termos e Definições segundo IEC Desequilíbrios Os desequilíbrios podem ser definidos como o desvio máximo da média das correntes ou tensões trifásicas divididos pela média das correntes ou tensões trifásicas expressados em percentual As origens destes desequilíbrios estão geralmente nos sistemas de distribuição os quais possuem cargas monofásicas distribuídas inadequadamente fazendo surgir no circuito tensões de sequência negativa Este problema se agrava quando consumidores alimentados de forma trifásica possuem uma má distribuição de carga em seus circuitos internos impondo correntes desequilibradas no circuito da concessionária 12 Qualidade de Energia Elétrica FD Fator de desequilíbrio V Magnitude da tensão de sequencia negativa RMS V Magnitude da tensão de sequencia positiva RMS Distorções da forma de onda harmônicos A distorção da forma de onda é definida como um desvio em regime permanente da forma de onda puramente senoidal na frequência fundamental e é caracterizada principalmente pelo seu conteúdo espectral Existem cinco tipos principais de distorções da forma de onda Harmônicos tensões ou correntes senoidais de frequências múltiplas inteiras da frequência fundamental 50 Hz ou 60 Hz na qual opera o sistema de energia elétrica Estes harmônicos distorcem as formas de onda da tensão e corrente e são oriundos de equipamentos e cargas com características não lineares instalados no sistema de energia 13 Qualidade de Energia Elétrica harmônicas referência Distorção Harmônica 14 Qualidade de Energia Elétrica Componentes de frequência em tensão ou corrente que não são múltiplos inteiros da frequência fundamental do sistema supridor 50 Hz ou 60 Hz Podem aparecer como frequências discretas ou como uma larga faixa espectral Os interharmônicos podem ser encontrados em redes de diferentes classes de tensão As suas principais fontes são conversores estáticos de potência cicloconversores motores de indução e equipamentos a arco Sinais carrier em linhas de potência também podem ser considerados como interharmônicos 15 Qualidade de Energia Elétrica Interharmônicos Os efeitos deste fenômeno não são bem conhecidos mas admitese que podem afetar a transmissão de sinais carrier e induzir flicker visual no display de equipamentos como tubos de raios catódicos Distorção Harmônica 16 Qualidade de Energia Elétrica Distorção Harmônica 17 Qualidade de Energia Elétrica Valores de referência para distorções harmônicas individuais de tensão em porcentagem da tensão fundamental 18 Qualidade de Energia Elétrica Causas da Distorção Harmônica A natureza e a magnitude das distorções harmônicas geradas por cargas não lineares dependem de cada carga em específico mas duas generalizações podem ser assumidas 1Os harmônicos que causam problemas geralmente são os componentes de números ímpares 2A magnitude da corrente harmônica diminui com o aumento da frequência 19 Qualidade de Energia Elétrica As componentes harmônicas geradas por estas cargas não lineares propagamse pela rede elétrica resultando em sérios danos aos equipamentos elétricos eou eletrônicos Dentre os principais efeitos causados em termos gerais podem ser citados Má operação de equipamentos eletrônicos de controle de proteção de medição e outros Sobretensões gerando comprometimento da isolação e da vida útil do equipamento Sobrecorrentes ocasionando efeitos térmicos nocivos aos equipamentos Interferências em sistemas de comunicação principalmente sinais de rádio Efeitos sobre a resistência dos condutores elétricos 20 Qualidade de Energia Elétrica Causas e Problemas Gerados pela Distorção Harmônica Distorções da forma de onda Nível CC a presença de tensão ou corrente CC em um sistema elétrico CA é denominado DC offset Este fenômeno pode ocorrer como o resultado da operação ideal de retificadores de meiaonda O nível CC em redes de corrente alternada pode levar à saturação de transformadores resultando em perdas adicionais e redução da vida útil Notching distúrbio de tensão causado pela operação normal de equipamentos de eletrônica de potência quando a corrente é comutada de uma fase para outra Este fenômeno pode ser detectado pelo conteúdo harmônico da tensão afetada As componentes de frequência associadas com os notchings são de alto valor e desta forma não podem ser medidas pelos equipamentos normalmente utilizados para análise harmônica 21 Qualidade de Energia Elétrica Ruído definido como um sinal elétrico indesejado contendo uma larga faixa espectral com frequências menores que 200 KHz as quais são superpostas às tensões ou correntes de fase ou encontradas em condutores de neutro Os ruídos em sistemas de potência podem ser causados por equipamentos eletrônicos de potência circuitos de controle equipamentos a arco retificadores a estado sólido e fontes chaveadas que normalmente estão relacionados com aterramentos impróprios 22 Qualidade de Energia Elétrica Distorções da forma de onda Ruído Flutuações de tensão As flutuações de tensão correspondem a variações sistemáticas dos valores eficazes da tensão de suprimento dentro da faixa compreendida entre 095 pu e 105 pu Tais flutuações são geralmente causadas por cargas industriais e manifestamse de diferentes formas a destacar Flutuações aleatórias causadas por fornos a arco onde as amplitudes das oscilações dependem do estado de fusão do material e do nível de curtocircuito da instalação Flutuações repetitivas causadas por máquinas de solda laminadores elevadores de minas e ferrovias Flutuações esporádicas causadas pela partida direta de grandes motores 23 Qualidade de Energia Elétrica Variações de frequência Variações na frequência de um sistema elétrico são definidas como sendo desvios no valor da frequência fundamental deste sistema 50 Hz ou 60 Hz A frequência do sistema de potência está diretamente associada à velocidade de rotação dos geradores que suprem o sistema Pequenas variações de frequência podem ser observadas como resultado do balanço dinâmico entre carga e geração no caso de alguma alteração variações na faixa de 60 05Hz Variações de frequência que ultrapassam os limites para operação normal em regime permanente podem ser causadas por faltas em sistemas de transmissão saída de um grande bloco de carga ou pela saída de operação de uma grande fonte de geração Em sistemas isolados entretanto como é o caso da geração própria nas indústrias na eventualidade de um distúrbio a magnitude e o tempo de permanência das máquinas operando fora da velocidade resultam em desvios da frequência em proporções mais significativas 24 Qualidade de Energia Elétrica Normas e Recomendações para Qualidade de Energia Elétrica 25 Qualidade de Energia Elétrica 26 Qualidade de Energia Elétrica Normas e Recomendações para Qualidade de Energia Elétrica Normas e Recomendações para Qualidade de Energia Elétrica 27 Qualidade de Energia Elétrica QUALIDADE DO PRODUTO Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST Módulo 8 Qualidade da Energia Elétrica Versão vigente Revisão 10 Data de Vigência A partir de 01012018 Fonte Aneel 28 GTD PRODIST O que é PRODIST O que é tratado no Módulo 8 do PRODIST Quantas são E do que se trata cada norma do Módulo 8 do PRODIST 29 GTD O que é PRODIST Os Procedimentos de Distribuição PRODIST são documentos elaborados pela ANEEL e normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica 30 GTD O que é tratado no Módulo 8 do PRODIST Qualidade de energia 31 GTD Quantas são E do que se trata cada norma do Módulo 8 do PRODIST Módulo 1 Introdução Módulo 2 Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição Módulo 3 Acesso ao Sistema de Distribuição Módulo 4 Procedimentos Operativos do Sistema de Distribuição Módulo 5 Sistemas de Medição Módulo 6 Informações Requeridas e Obrigações Módulo 7 Cálculo de Perdas na Distribuição Módulo 8 Qualidade da Energia Elétrica Módulo 9 Ressarcimento de Danos Elétricos Módulo 10 Sistema de Informação Geográfica Regulatório Módulo 11 Fatura de Energia Elétrica e Informações Suplementares 32 GTD As tabelas a seguir mostram as faixas de classificação da tensão de atendimento 33 Qualidade de Energia Elétrica As distribuidoras de energia elétrica são avaliadas em diversos aspectos no fornecimento da energia elétrica Entre eles está a qualidade do serviço e do produto oferecidos aos consumidores Sendo que a qualidade dos serviços prestados compreende a avaliação das interrupções no fornecimento de energia elétrica 36 Indicadores Coletivos de Continuidade GTD DIC Duração de Interrupção por Unidade Consumidora Indicam por quanto tempo duração que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica durante um período considerado 37 Indicadores Individuais de Continuidade GTD Indicadores Individuais de Continuidade FIC Frequência de Interrupção por Unidade Consumidora Indicam o número de vezes frequência que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica durante um período considerado 38 n FIC Cc Ca Cc Ca Cc Ca Cc Ca FIC n n i i 2 1 1 n vezes GTD DMIC Duração Máxima de Interrupção por Unidade Consumidora É um indicador que limita o tempo máximo de cada interrupção impedindo que a distribuidora deixe o consumidor sem energia elétrica durante um período muito longo 39 Indicadores Individuais de Continuidade GTD Os limites de DEC e FEC a serem observados pelas distribuidoras estão definidos em resolução específica da ANEEL PRODIST Módulo 8 Esses indicadores são revistos na Revisão Tarifária Periódica RTP de cada distribuidora que acontece em média a cada quatro anos e vão se tornando cada vez mais rigorosos a fim de melhorar a qualidade do serviço prestado ao consumidor É a partir do DEC e do FEC que a ANEEL estabelece os parâmetros individuais de continuidade 40 Indicadores Coletivos de Continuidade GTD Indicadores Coletivos de Continuidade DEC Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora Indica o número de horas em média que um consumidor fica sem energia elétrica durante um período geralmente mensal 41 Cc t Ca Cc t Ca Cc t Ca Cc t Ca DEC n n n i i i 2 2 1 1 1 GTD Relação entre DEC e DIC Cc DIC DEC n i i 1 Cc t a C Cc t a C Cc t a C Cc t a C DEC n n n i i i 2 2 1 1 1 DIC 1 DIC 2 DIC n Indicadores de continuidade Exemplo numérico 12 UCs Evento 1 Número de UCs 3 Duração 2 horas Evento 2 Número de UCs 2 Duração 1 hora horas DEC 0 66 12 8 12 12 12 23 horas DIC 8 2 1 1 2 2 horas Cc DIC DEC 0 66 12 8 FEC Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora Indica quantas vezes em média houve interrupção na unidade consumidora residência comércio indústria etc 44 Indicadores Coletivos de Continuidade Cc Ca Cc Ca Cc Ca Cc Ca FEC n n i i 2 1 1 GTD Exemplo numérico 12 UCs Evento 1 Número de UCs 3 Duração 2 horas Evento 2 Número de UCs 2 Duração 1 hora 0 42 interrupções 12 5 12 2 12 3 FEC 5interrupções 1 1 1 1 1 FIC 0 42 interrupções 12 5 Cc FIC FEC Os índices de continuidade coletivos e individuais somente são calculados para interrupções com duração igual ou superior a 3 minutos Exemplo numérico indicadores individuais Exemplo numérico Duração das interrupções F1 2 horas F2 3 horas F3 40 minutos Pedese a O DEC e o FEC do alimentador para as três interrupções indicadas b Para as mesmas interrupções F1 F2 e F3 calcular os indicadores DIC FIC e DMIC do consumidor X c Os indicadores DEC e FEC da chave E X O DIC FIC e DMIC são informados mensalmente através da conta de energia do consumidor mas apenas apresentam os dados do conjunto ao qual o consumidor pertence httpww w2aneelgovbraplicacoessrdindqualdefaultcfm 52 Parâmetros Individuais de Continuidade Fontehttpwww2aneelgovbraplicacoessrdindqualdefaultcfm GTD Por que a distribuidora possui limites de DEC e FEC diferentes para cada conjunto de consumidores se a tarifa aplicada é única para toda a área de concessão A área de concessão da distribuidora é composta por regiões com diferentes características geográficas e de mercado Algumas ficam mais próximas aos centros de carga possuem maior densidade de unidades consumidoras ou têm maior consumo Esses fatores influenciam a qualidade da energia fornecida que não é uniforme dentro de uma mesma área de concessão Quanto mais longe dos centros de carga ou menor a densidade de unidades consumidoras numa determinada região mais custo o atendimento representa para a distribuidora que precisa fazer mais investimentos para prestar o serviço Mais investimentos para aumentar a qualidade representam mais impacto tarifário Então a uniformidade tarifária acaba sendo compensada pela existência de diferentes níveis de qualidade dentro de uma mesma área de concessão 53 GTD Como é feita a compensação ao consumidor quando há descumprimento dos limites individuais DIC A compensação segue uma fórmula que leva em consideração o tempo de ultrapassagem do limite multiplicado pelo valor equivalente da hora do custo de distribuição Esse resultado deve ser multiplicado por 15 que é o fator de compensação determinado para o consumidor residencial Para exemplificar considere um consumidor cuja conta seja R 100 dos quais R 30 correspondam ao custo de distribuição e que o limite de DIC tenham sido ultrapassado em duas horas Nesse caso dividese o custo da distribuição pelo número médio de horas do mês R 30730 horas e obtémse o valor da hora que é de R 0041 Como a ultrapassagem do exemplo foi de duas horas chegase a R 0082 R 0041 x 2 Nesse valor aplicase o índice de majoração que é 15 e o valor do desconto na próxima fatura mensal será de R 123 R 0082 X 15 56 GTD FIC No caso da ultrapassagem dos limites de frequência o número de vezes é convertido em um tempo chamado de duração padrão obtido pela razão entre os limites de DIC e FIC Considere que o FIC foi ultrapassado em duas vezes e os limites de DIC e FIC eram de 15 e 10 respectivamente Nesse caso o valor da duração padrão é encontrado pela divisão do DIC limite pelo FIC limite 1510 15 horas Como houve duas interrupções acima do limite de FIC o valor encontrado para a duração padrão 15 horas é multiplicado por 2 resultando em 3 horas Neste caso a compensação com a fatura do exemplo anterior será de R184 3 X R 0041 X 15 somente pelo descumprimento do FIC É importante salientar que também há limites trimestrais e anuais que geram direito à compensação Nesses casos deverá ser descontado do valor os montantes já compensados mensalmente 57 Como é feita a compensação ao consumidor quando há descumprimento dos limites individuais GTD Situação em tempo real do fornecimento na área de concessão httpcelgeowebcelesccombrmapashome 59 GTD Exemplos para registro de interrupções para cálculo de DEC e FEC Configuração da rede 60 GTD Exemplo 1 No primeiro registro são informados todos os consumidores afetados e a duração da interrupção para o cálculo dos indicadores DEC e FEC Para as eventuais manobras consequentes da mesma interrupção são registrados os consumidores atingidos e respectivas durações das interrupções para o cálculo exclusivo do indicador DEC Os dados de uma interrupção por exemplo ocorrida às 1100h no alimentador serão preenchidos conforme tabela abaixo com os restabelecimentos por trechos 61 Indicadores computados Consumidores do Conjunto Consumidores Atingidos Términoh Inícioh Trecho Atingido DEC e FEC 650 650 1105 1100 A B e C DEC 650 450 1115 1105 B e C DEC 650 150 1155 1115 C GTD Exemplo 2 Este é considerado por bloco ou seja por partes do alimentador sendo computados os consumidores atingidos e as respectivas durações para o cálculo dos indicadores DEC e FEC individualmente para cada bloco afetado Os dados de uma interrupção por exemplo ocorrida às 1100h no alimentador serão preenchidos conforme tabela a seguir com os restabelecimentos por bloco 62 Indicadores computados Consumidores Do Conjunto Consumidores Atingidos Términoh Inícioh Trecho Atingido DEC e FEC 650 200 1105 1100 A DEC e FEC 650 300 1115 1100 B DEC e FEC 650 150 1155 1100 C Exemplo de Cálculo Considerando os dados do Exemplo 2 teremos Trecho A duração da interrupção 5 minutos 560 horas Trecho B duração da interrupção 15 minutos 1560 horas Trecho C duração da interrupção 55 minutos 5560 horas Aplicandose a fórmula para o cálculo do DEC Duração da interrupção 55 minutos 5560 horas DEC 035 horas 63 650 5560 150 1560 300 5 60 200 DEC GTD Exemplo de Cálculo Considerando os dados do Exemplo 2 teremos Trecho A Consumidores Atingidos 200 Trecho B Consumidores atingidos 300 Trecho C Consumidores Atingidos 150 Aplicandose a fórmula para o cálculo do FEC FEC 1 64 650 150 300 200 FEC GTD Exemplo de Classificação de Causas típicas de interrupções de energia elétrica ocorridas no sistema DESCRIÇÃO CAUSA GRUPO Interrupções provocadas por desligamentos de equipamentos externos ao sistema de Fornecimento Externas ao conjunto 0 Interrupções para permitir a execução de serviços de manutenção ampliação etc previamente acordadas Programadas 1 Interrupções provocadas por descarga atmosférica temporal vento Fenômenos naturais calor inundação etc 2 Interrupções provocados por contaminação industrial depósito salino por contato ou queda de árvores animais aves pipas etc Meio ambiente 3 Interrupções provocadas por erros acidentais de operação de manutenção etc Falhas humanas 4 Interrupções provocadas por falhas ou defeitos em componentes do sistema de Fornecimento conexões cabos fios isoladores transformadores chaves religadores páraraios etc Falhas em equipamentos 5 Interrupções provocadas por causas não classificadas Outras 6 65 Geração de Energia Exercícios Duração min Número de Consumidores Contingência 90 15 01 6 50 02 30 20 03 30 120 04 2 200 05 66 Em um sistema de distribuição considere um conjunto com 200 consumidores e suponha que durante um ano foram registradas as seguintes ocorrências Calcule os seguintes índices de continuidade DEC Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora h FEC Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora interrupções GTD a Os indicadores DEC e FEC para a chave A associados ao evento de interrupção F3 b Os indicadores DEC e FEC totais para a chave A considerandose todos os eventos de interrupção registrados F1 F2 e F3 67 Considerandose o sistema de distribuição de energia elétrica mostrado a seguir no qual estão indicados em cor vermelha a quantidade de consumidores em cada bloco da rede calcule GTD RESPOSTA a DEC 009 horas e FEC 010 interrupções b DEC 354 horas e FEC 158 interrupções 68 GTD