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7/25/2019 Alex Pignatti e Seun Ahn - Impacto Da Conexo Dos Transdutores Nas Medies de Qualidade de Energia

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Impacto da Conexo dos Transdutores nas Mediesde Qualidade de Energia

Alex Almeida Pignatti e Se Un AhnCPFL Energia Rodovia Campinas Mogi-Mirim km 2,5 13088-900 - Campinas SP

Hernn Prieto SchmidtCentro de Estudos em Regulao e Qualidade de Energia ENERQ Av. Prof. Luciano Gualberto, Trav. 3, 158 05508900 C. Univ. So Paulo SP

Resumo A rea de Qualidade de Energia Eltrica (QEE) alvo de grandes discusses e critrios ainda em definio noSetor Eltrico. Este artigo tem por objetivo avaliar a existnciade diferenas de resultados em medies de distrbios de QEErealizadas com transformadores de potencial (TPs) nasconfiguraes com 2 elementos (delta-aberto) e 3 elementos(estrela-aterrado). Para esta avaliao, foram realizadassimulaes utilizando-se o software ATPDraw. Os resultadosobtidos apontam a necessidade de quebrar paradigmas do SetorEltrico, bem como reavaliar as regulamentaes existentes para

contemplar as diferenas de resultados obtidos utilizando-se asconfiguraes de ligao de TPs supracitadas.

Palavras-chaves Qualidade de Energia Eltrica, Medio,Transformadores de Potencial,ATPDraw.

I.INTRODUO

A rea de Qualidade de Energia Eltrica (QEE), alvo degrandes discusses e muitos critrios ainda em definio noSetor Eltrico, tem se destacado pela significativa quantidadede pesquisas e publicaes apresentadas nos ltimos anos.

Tambm so notrias as recentes mudanas regulatrias no

pas, frente publicao, em 2008, do conjunto de normasdenominado Procedimentos de Distribuio de EnergiaEltrica no Sistema Eltrico Nacional (PRODIST) [1], pelaAgncia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL), quecontempla, dentre diversos outros fatores, critrios eparmetros das grandezas e perturbaes pertinentes aosestudos de QEE.

Outro ponto importante da evoluo do Setor a serdestacado a proliferao dos mais variados tipos deequipamentos para monitoramento e estudos de QEE nomercado.

Este destaque e a crescente preocupao dos Agentes doSetor com a QEE tm suas razes na evoluo tecnolgica das

cargas, que atualmente apresentam um perfil diferenciadoquando comparado ao das cargas conectadas aos sistemaseltricos antes da evoluo computacional.

Muitas das cargas atualmente conectadas nos sistemaseltricos de distribuio, tanto industriais, quanto comerciaise residenciais, so caracterizadas pela no linearidade e pelouso de eletrnica de potncia para seu controle e operao, oque as torna tanto causadoras de distrbios, quantosuscetveis aos existentes no sistema eltrico que as alimenta.

Esse fato trouxe a necessidade de regulamentao dosnveis aceitveis de distrbios em um sistema de distribuio,visando manuteno de caractersticas necessrias

operao de qualquer tipo de carga, seja nos ambientesindustriais, comerciais ou residenciais.

Neste contexto, a ANEEL, atravs do PRODIST,apresentou ao Setor os referidos limites para perturbaes nossistemas eltricos de distribuio, bem como os critrios parasua aferio e anlise, exigindo das distribuidoras padresmnimos de qualidade do produto fornecido.

Todavia, a determinao destes limites e os critrios paramedio de distrbios de QEE alvo de discusses entre

todos os agentes do setor, tendo em vista a falta de dadosestatsticos que caracterizem a atual condio dos nveis deperturbaes no sistema eltrico nacional.

Este um dos motivos pelo qual a ANEEL ainda no prev,em suas normas regulamentadoras, multas ou indenizaesfinanceiras quando h violaes dos parmetros de QEE, amenos dos nveis de tenso de fornecimento e indicadores decontinuidade, sujeitos a indenizaes e multas quando da suatransgresso desde a publicao das resolues n 024 [2] en 505 [3].

Alm disso, as limitaes tcnicas existentes para arealizao de medies de QEE nos sistemas de distribuiotm dificultado tanto a correta caracterizao da QEE

fornecida em todo o pas, quanto a definio dos valoreslimites mais adequados para a aplicao da regulamentao.

Diante deste fato, este artigo apresenta uma anliseaprofundada na medio de distores harmnicas de tensoFase-Fase (FF) com 2 elementos, configurao delta-aberto, eFase-Neutro (FN) com 3 elementos, configurao estrela-aterrado. Esta anlise foi realizada atravs de simulaes nosoftwareATPDraw.

A motivao deste trabalho a quantificao da diferenaque existe entre os dois tipos de medio, partindo-se doprincpio de que o neutro a referncia de uma medio FN,o que a torna bastante estvel quando comparada refernciautilizada nas medies FF, que uma outra fase com suas

respectivas perturbaes. Esta anlise se torna relevante,frente aos limites recomendados pelo Mdulo 8 do PRODISTserem referentes medies FN [1].

A. Caracterizao das Medies a 2 e 3 Elementos

Este artigo tem como foco a medio de parmetros deQEE em consumidor de Mdia Tenso (MT), que usualmentedispe de sistema de medio de faturamento no ponto deentrega da distribuidora com Transformadores de Potencial(TPs) e Transformadores de Corrente (TCs).


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Atualmente, quando h necessidade da distribuidora avaliarparmetros de QEE no ponto de entrega de consumidores deMT, h necessidade da utilizao do sistema de medio defaturamento do consumidor.

Usualmente no Brasil, adota-se o uso de dois TPs e doisTCs para medio de faturamento em sistemas dedistribuio, ligando os TPs, em geral, na configurao delta-aberto com a fase central aterrada (Fig. 1).

Fig. 1 - Sistema de Medio a 2 elementos (2 TPs delta-aberto).

Esta configurao se baseia no mtodo de medio comdois wattmetros e tem como vantagem construtiva a

economia de um TP e um TC.Outra configurao possvel para esse tipo de medio

utiliza trs elementos de tenso e trs de corrente, naconfigurao estrela-aterrado a 4 fios, conforme Fig. 2 .

Fig. 2 - Sistema de Medio a 3 elementos (3 TPs estrela-aterrado).

Fig. 3 - Rede de Distribuio de 13,8 kV elaborada no software ATPDraw

A ANEEL, atravs do PRODIST, permite o uso destaconfigurao para medio de faturamento e de demaisgrandezas eltricas, dentre elas as perturbaes de QEE.

Diante disto, a proposta deste artigo avaliar a existncia dediferena de resultados em medies realizadas com 2 ou 3elementos de corrente e tenso.

II.SIMULAO DE MEDIES COM 2E 3ELEMENTOS

A. Confeco de uma Rede de Distribuio no Software

ATPDraw para Simulao das Medies

Para avaliar a diferena de resultados em mediesutilizando-se 2 ou 3 elementos, foi desenvolvida no softwareATDraw uma Rede de Distribuio (RD) em MT comcaractersticas de um sistema de distribuio trifsico detenso nominal 13,8 kV (Fig. 4).

A rede elaborada contempla uma fonte em 13,8 kV comnvel de curto-circuito fase-neutro de 6 kA na sua sada,cabos A336, transformador saturvel, carga trifsica linearRL e carga(s) conversoras CA-CC. Foram realizadas diversassimulaes, contemplando variaes na potncia e equilbrioda carga RL, na(s) potncia(s) e no(s) ngulo(s) de disparodo(s) conversor(es), na impedncia da rede (aumento dadistncia da carga fonte) e no equilbrio e frequncia dafonte trifsica (Fig. 3).

Fig. 4 Diagrama Unifilar representativo do sistema confeccionado para assimulaes.


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B. Resultado das Simulaes

Para a elaborao deste artigo, buscou-se avaliar aexistncia de diferenas de resultado em medies deDistores Harmnicas Totais de Tenso (DTT %),realizadas com 2 elementos para medio FF e 3 elementospara medio FN (Lado primrio 13,8 kV doTransformador de Potncia do Consumidor).

As simulaes das medies FN foram obtidas com autilizao do elemento Probe volt e as simulaes dasmedies FF foram obtidas com o uso do elemento Probebranch volt, ambos disponveis noATPDraw(Fig. 5).

Fig. 5 - Dispositivos Probe branch volte Probe volt, utilizados para asmedies FF e FN, respectivamente.

Foram utilizados trs dispositivos para a obteno dasmedies FF no intuito de se evitar um clculo manual dafase no medida, tendo em vista que a maioria dos medidoresde PQ disponveis hoje no mercado realiza esse tipo declculo automaticamente. Vale ressaltar que este clculo s possvel devido ao fechamento em delta-aberto dos TPs nossistemas de medio com 2 elementos.

Na sequncia, so apresentados os resultados obtidos nos

diversos cenrios de configurao de rede utilizados.Nas primeiras simulaes foram adotadas as seguintespremissas:

Fonte equilibrada 13,8 kV 60 Hz; Cabo de alimentao tipo A336 com 10 km de

comprimento; Transformador 13,8/0,380 kV de 1,5 MVA,

saturvel, ligado em delta/estrela-aterrado; Carga RL variando entre 300, 600 e 900 kVA,

equilibradas e desequilibradas, com fator depotncia de 0,92;

Conversor CA-CC de 500 kVA e ngulo de disparovariando entre 0 e 30.

Abaixo so apresentadas as tabelas com os resultados dasDTT % obtidos nas primeiras simulaes, em que foramvariados somente os ngulos de disparo do conversor de500 kVA e a potncia e equilbrio da carga RL.

Os valores embandeirados so os maiores obtidos entre as 3fases, para medies FF ou FN, para cada configurao dacarga RL (colunas). A ltima linha de cada tabela apresenta adiferena percentual entre os valores embandeirados,calculada atravs da diferena entre o maior e o menor valorembandeirado, dividido pelo maior (na coluna). Os valoresapresentados nas tabelas esto aproximados em 2 casasdecimais, porm os clculos so feitos com 4 casas.

TABELA 1 - DTT % - CONVERSOR DISPARANDO EM 0 E CARGARL VARIANDO EQUILBRIO E POTNCIA.

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Estas primeiras simulaes possibilitaram a avaliao docomportamento da rede e sua validao. Com estes resultadosobtidos, pode-se observar o comportamento das DTT % no


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ponto de entrega do consumidor quando se tem uma fonteestvel e equilibrada.

Os resultados apontaram que, para os ngulos de disparoacima de 0 (desconsiderando-se 0) e variaes das cargasRL, houve maior diferena percentual nos valores de DTT %quando o conversor disparava em 30 em paralelo com umacarga RL desequilibrada de 600 ou 900 kVA, tendo essadiferena atingido valores da ordem de 3 %.

Destes resultados, partiu-se para uma simulao com 2conversores de 500 kVA operando em 3 combinaes dengulo de disparo:

ambos em 15; um em 15 e outro em 30 e ambos em 30.

Alm disso, ambos operando em paralelo com uma cargaRL de 900 kVA em 3 variaes:

equilibrada; muito desequilibrada nas 3 fases e desequilibrada apenas na fase B.

Esta nova campanha de simulao buscou averiguar o

comportamento das diferenas percentuais de DTT %medidas em FF e FN quando h mais de uma cargachaveando no sistema e quando h pequenos e grandesdesequilbrios na carga. Os resultados obtidos soapresentados nas tabelas de 7 a 9:

TABELA 7 - DTT % - DOIS CONVERSORES DISPARANDO EM 15 ECARGA RL VARIANDO EQUILBRIO.

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TABELA 8 - DTT % - CONVERSORES DISPARANDO EM 15 E 30 ECARGA RL VARIANDO EQUILBRIO.

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TABELA 9 - DTT % - DOIS CONVERSORES DISPARANDO EM 30 ECARGA RL VARIANDO EQUILBRIO.

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Dos resultados obtidos pode-se notar que, apesar doincremento nos valores de DTT %, houve diminuio da

diferena percentual entre as medies FF e FN, que atingiuvalor mximo de 1,28 %.

Frente aos resultados iniciais, em que houve apenasvariao nos parmetros da carga, partiu-se para a simulaode novas configuraes de circuito, contemplando variaestambm na fonte do sistema, ou seja, em ambos os lados dotransformador.

Foram simuladas novas configuraes, com as seguintes

premissas: Fonte de 13,8 kV desequilibrada nas 3 fases e com

frequncia de 59 e de 58,5 Hz; Cabo de alimentao tipo A336 com 20 km de

comprimento (10 km a mais em relao ssimulaes iniciais)

Transformador 13,8/0,380 kV de 1,5 MVA,saturvel, ligado em delta/estrela-aterrado (semalterao em relao s simulaes iniciais);

Carga RL de 900 kVA, equilibrada, muitodesequilibrada nas 3 fases ou desequilibrada apenasna fase B (foi mantido fator de potncia de 0,92 para

as cargas); Conversores CA-CC de 500 e 900 kVA e ngulo dedisparo variando em 30.

O esperado nesta ltima campanha de simulao eraaproximar ainda mais o sistema simulado aos sistemas reais,em que a fonte de tenso trifsica no ideal e totalmenteestvel, apresentando pequenas variaes na sua operao emregime permanente.

As premissas aqui adotadas tambm evitaram o excesso desimulaes, focando-se os casos anteriormente simulados emque houve maiores diferenas percentuais entre as mediesFF e FN.

Na sequncia so apresentados os resultados obtidos.

TABELA 10 - DTT % - FONTE 59 HZ DESEQUILIBRADA,CONVERSOR 500 kVA DISPARANDO EM 30, CARGA RL 900 kVA

VARIANDO EQUILBRIO.

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TABELA 11 - DTT % - FONTE 59 HZ DESEQUILIBRADA,CONVERSOR 900 kVA DISPARANDO EM 30, CARGA RL 900 kVA

VARIANDO EQUILBRIO.

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TABELA 12 - DTT % - FONTE 58.5 HZ DESEQUILIBRADA,

CONVERSOR 500 kVA DISPARANDO EM 30, CARGA RL 900 kVAVARIANDO EQUILBRIO.

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TABELA 13 - DTT % - FONTE 58.5 HZ DESEQUILIBRADA,CONVERSOR 900 kVA DISPARANDO EM 30, CARGA RL 900 kVA

VARIANDO EQUILBRIO.

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Os resultados obtidos demonstram que a variao da tensoentregue ao consumidor, em combinao com as variaes echaveamentos de sua carga, resulta em diferenas percentuaismais significativas na apurao das DTTs %.

Os valores das diferenas percentuais apurados nesta ltimacampanha de simulao ultrapassaram 6,5 %.

C. Anlise dos Resultados

Os resultados encontrados nas primeiras simulaes, em quesomente houve variao nas configuraes das cargas,

apontaram que, para um sistema de fonte estvel eequilibrada, as medies realizadas no lado primrio dotransformador, tanto utilizando uma configurao dedispositivos de transformao de potencial em delta-aberto,quanto em estrela-aterrado, apresentam diferenaspercentuais pouco acentuadas.

As maiores diferenas percentuais observadas nas primeirassimulaes foram no sistema de carga RL elevada edesequilibrada, com o conversor operando com ngulo dedisparo de 30. Nesta configurao, foram encontradosvalores de diferenas percentuais prximos de 3 %.

Na segunda campanha de medio, em que houve ainsero de mais um conversor idntico no sistema no foram

observadas diferenas percentuais significativas entre asmedies FF e FN.Quando simuladas situaes de variao tanto na carga

quanto na fonte de alimentao, observaram-se diferenaspercentuais mais elevadas em relao s primeirassimulaes. As diferenas percentuais chegaram a ultrapassar6,5 %.

Os valores encontrados nas ltimas simulaes sugeremque h diferenas considerveis nas metodologias de mediocom 2 e 3 elementos.

III.OBSERVAES FINAIS

As novas caractersticas do Setor de Energia Eltrica tmapresentado ao longo dos ltimos anos alguns problemasintrnsecos evoluo tecnolgica, que antes no faziamparte do cotidiano operacional dos Sistemas Eltricos dePotncia.

O monitoramento da QEE o primeiro passo para a ao

preventiva e corretiva dos problemas a ela relacionados,atravs da identificao das fontes de distrbio no sistema.Todavia, para que se consiga determinar parmetros e limitesde distrbios do sistema, bem como avaliar corretamente astransgresses destas perturbaes, faz-se necessria autilizao de recursos de medio que apresentem fidelidadeaos valores reais, capacidade de repetitividade, preciso eexatido, dentre outros importantes fatores.

Neste contexto, determinadas perturbaes de QEEapresentam alto grau de complexidade para sua corretaaferio. Dentre outras, destacam-se as distoresharmnicas, as flutuaes de tenso e os desequilbrios detenso.

As caractersticas dos elementos transdutores, bem como assuas possveis configuraes de ligao so fatores queimplicam diretamente na qualidade dos resultados demedies.

Destacando-se as possveis configuraes de ligao deelementos transdutores, tais como os TPs, observa-se que,para determinadas necessidades, certas configuraes podemimplicar em resultados incoerentes com a realidade dasgrandezas apuradas.

As configuraes aqui estudadas apresentam comoprincipal diferena o aterramento ou no da ligao. Estadistino pde ser notada nas simulaes em que a fonte dealimentao tambm geradora de perturbaes, somando ouamplificando quelas provenientes da carga do sistema.

Apesar da ligao do transformador de potncia doconsumidor em delta/estrela-aterrado eliminar a transfernciadas correntes circulantes entre fase-neutro no lado secundriopara o lado primrio, a fonte supridora em desequilbrio ecom variaes de frequncia implica em resultados diferentesquando considerada a circulao de corrente pelo elementoneutro da configurao de medio estrela-aterrado, o queno ocorre na configurao de medio em delta-aberto.

Os resultados apresentados neste trabalho apontam parauma reviso de conceitos e quebra de paradigmas do setoreltrico. O rgo regulador, ao permitir o uso das diferentesconfiguraes de ligao de transdutores para medio eapresentar parmetros e limites nicos para ambas, deixa emaberto a questo da fidelidade dos valores medidos emrelao aos valores reais, bem como a deciso para a tomadade aes frente s transgresses dos parmetros regulados,tendo em vista que, em determinados casos, mediesrealizadas com 2 elementos transdutores de tenso naconfigurao delta-aberto podem apontar transgresses delimites que uma medio a 3 elementos em configuraoestrela-aterrado no apontaria, sendo a recproca tambmverdadeira.

A anlise realizada neste artigo um ponto de partida para oincio de avaliaes mais aprofundadas da problemtica


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apontada, atravs de mais simulaes contemplando outrasvariaes no sistema, bem como a confirmao dosresultados obtidos atravs de campanhas de medio emcampo.

REFERNCIAS

[1] ANEEL, Agncia Nacional de Energia Eltrica - Procedimentos de

Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST Mdulo 8 Reviso 2 - janeiro/2011.[2] ANEEL, Agncia Nacional de Energia Eltrica - Resoluo ANEEL N

024, Dirio Oficial, jan. 2000.[3] ANEEL, Agncia Nacional de Energia Eltrica - Resoluo ANEEL N

505, Dirio Oficial, nov. 2001.[4] ANEEL, Resoluo ANEEL N 456, Dirio Oficial, nov. 2000.[5] JESUS, N.C. Apostila de Treinamento de Simulao de Sistemas

Eltricos Utilizando o Programa ATPDraw GSI Engenharia eConsultoria Ltda.

[6] BOLLEN, M.H.J., Understanding Power Quality Problems: VoltageSags and Interruptions, IEEE Press Series on Power Engineering, 1999.

[7] DUGAN, R.C., MCGRANAGHAN, M.F. and WAYNE BEATY, H.(1996) - Electrical Power Systems Quality, ed. McGraw-Hill.

[8] KAGAN, N., OLIVEIRA, C. C. B., ROBBA, E. J. - Introduo aosSistemas de Distribuio de Energia Eltrica, ed. Edgard Blucher

[9] MEDEIROS FILHO, S., Medio de Energia Eltrica, LTC, 4 edio[10]TORREZAN, R.; AHN S.U. ; ESCOBAR, C.; GAONA, A.S.P.;OLIVEIRA, A.V.; et al. . Metodologia para Anlise do Impacto deCargas Potencialmente Perturbadoras na Qualidade da Energia Eltricaem Sistemas de Distribuio. In: XIX Seminrio Nacional deDistribuio de Energia Eltrica, 2010.

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