qualidade de energia elÉtrica e tecnologias de uso final prof. dr. rodrigo cutri...
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QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Ementa da disciplina
Classificação dos distúrbios em sistemas elétricos; Variações e Flutuações de Tensão; Harmônicos em Sistemas Elétricos; Indicadores e Medição da Qualidade da Energia; Normalização nacional e internacional. Engenharia de Iluminação; Grandezas e unidades. Fontes luminosas. Métodos de projeto luminotécnico. Iluminação natural. Diagnóstico em iluminação. Gestão em iluminação. Eficiência em sistemas de Iluminação; Análise de desempenho energético e conservação de energia
em motores elétricos.
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Programação das aulas
4/mar AULA 1 ABESCO
11/mar AULA 2 QEE
18/mar AULA 3 QEE
25/mar AULA 4 GERENCIAMENTO DE ENERGIA
1/abr AULA 5 ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
8/abr FERIADO
15/abr AULA 6 ILUMINAÇÃO
22/abr AULA 7 REFRIGERAÇÃO E AQUECIMENTO
29/abr AULA 8 APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS
06/MAI AULA 9 APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Apresentação
Nome Empresa em que trabalha Expectativa em relação ao curso de
MBA em Gestão de Energia
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Conceitos Básicos
de Energia
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
É uma propriedade Capacidade de realizar trabalho δQ – δW = dE onde E = U + Ec + Ep O Universo em si é uma manifestação de Energia Vivemos num mundo totalmente dependente da Energia Nosso corpo depende da Energia
Energia Conceitos e definições
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A manipulação da energia foi a responsável pelo desenvolvimento da humanidade.
Enquanto os outros seres vivos são capazes de gerenciar apenas a energia adquirida em seus alimentos, o homem, no entanto, foi capaz de “criá-la” através de outras fontes.
O domínio da técnica do fogo disponibilizou ao homem uma quantidade extra de energia, que pôde ser utilizada para aquecimento de seus lares e cozimento de suas comidas.
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A escalada energética do Homem
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A energia pode ser obtida não apenas denossos músculos, mas de uma grande variedade de fontes.
Exemplo: Solar Hidráulica Geotérmica Marés Combustíveis fósseis Madeira / Lenha várias outras
EnergiaConceitos e definições
http://vega.eq.uc.pt/siteJoomla
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EnergiaConceitos e definições
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Hoje, como nunca, estamos dando valor à Energia.
Não somente devido ao nosso “APAGÃO”, mas devido ao esgotamento dos recursos energéticos não-renováveis.
E também pela preocupação com o Meio Ambiente.
Era da Energia
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1a. Crise do Petróleo (1973)
Grandes produtores de petróleo árabes e persas resolveram suspender embarques de petróleo.
No auge do inverno do hemisfério norte, a população ocidental experimentou o pior Natal da história, devido à falta de petróleo e problemas de calefação.
O preço do barril subiu de US$ 2,84 para quase US$ 13,00. Na Holanda, só era permitido o consumo de 15 litros de
gasolina por semana. Na Inglaterra, a indústrias funcionavam apenas 2 dias por
semana.
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2a. Crise do Petróleo (1979) Crise ocasionada por problemas políticos internos
no Irã. Guerra Irã-Iraque. Invasão do Líbano por Israel. O preço do barril pulou para US$ 38,50. O mundo ficou meses com falta de 6 milhões de
barris por dia.
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e depois ....
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Provocou a busca por combustíveis alternativos. No Brasil, criação do Pró-Álcool em 1974. Expansão da Energia Nuclear. Pesquisas com biomassa, hidrogênio, outros. Criação do PROCEL (Programa de Combate ao Desperdício de Energia
Elétrica) em 1985.
Corrida pela “Eficiência” Todo o mundo partiu para o investimento na melhoria de seus equipamentos.
Conscientização da necessidade de conservação de energia. No Brasil não houve essa preocupação, pois grande parte de nossa energia
provém de fontes hidráulicas. Além disso, nossa energia elétrica era subsidiada pelo Governo, tornando-a
muito barata quando comparada com combustíveis fósseis.
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Sistema energético generalizado
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Conceito de conteúdo tecnológico voltado para a utilização de processos e equipamentos que tenham o melhor desempenho na produção
dos serviços com um menor consumo de eletricidade.
USO EFICIENTE DE ENERGIA ELÉTRICA
Principais motivadores
economia de recursos (postergação de investimentos); aumento de competitividade dos bens e serviços
produzidos; proteção e a melhoria do meio ambiente;
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QEE
Qualidade da Energia Elétrica
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O que é Gestão de Energia ?
O que é Qualidade da Energia Elétrica ??
Qual a influência daqualidade de energia na gestão de energia ?
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NORMA REGULAMENTADORA Nº 10
NR-10
SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS
EM ELETRICIDADE
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• Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos • Conceitos e Definições• Gerenciamento da Qualidade de Energia• Diagnóstico e Soluções
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1. Pontos de Vista dos Agentes Envolvidos
ANEEL
Concessionárias de Distribuição
Transmissoras
ONS (Operador Nacional do Sistema)
Consumidores
Fabricantes
Centros de Pesquisa
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2. Conceitos e DefiniçõesEstado da Arte
Visão da Experiência Nacional
(ONS, Concessionárias, etc.)
Visão da Experiência InternacionalIEEE, IEC
Concessionárias
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O que é a qualidade no produto energia? Continuidade de serviço
Ausências de interrupções
Qualidade da onda Amplitude constante com valor nominal Frequência constante Sistema de tensões equilibrado e simétrico Formas de onda sinusoidais
Qualidade comercial Atendimento (presencial ou telefónico) Informação disponibilizada (Contratos, opções, serviços,
reclamações, facturação, etc) Padrões para a qualidade comercial
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"Qualquer problema de energia manifestado na tensão, corrente ou nas variações de
freqüência que resulte em falha ou má operação de equipamentos".
Uma boa definição para o problema de qualidade de energia é:
Edgard Franco - ENGECOMP
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NEGOCIAÇÕES, RESPONSABILIDADES E NEGOCIAÇÕES, RESPONSABILIDADES E COMPROMISSOSCOMPROMISSOS
- PERDA DE PRODUÇÃO- PERDA DE PRODUÇÃO
- CUSTOS DE MÃO DE OBRA: LIMPEZA E RECOLOCAÇÃO EM SERVIÇO- CUSTOS DE MÃO DE OBRA: LIMPEZA E RECOLOCAÇÃO EM SERVIÇO
- PRODUTOS DANIFICADOS OU BAIXA QUALIDADE- PRODUTOS DANIFICADOS OU BAIXA QUALIDADE
- ATRASOS NA ENTREGA- ATRASOS NA ENTREGA
- REDUZIDA SATISFAÇÃO DO CLIENTE- REDUZIDA SATISFAÇÃO DO CLIENTE
- DANOS AOS EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO- DANOS AOS EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO
- QUALIDADE DE ENERGIA - - QUALIDADE DE ENERGIA -
UMA QUESTÃO DE ECONOMIAUMA QUESTÃO DE ECONOMIA
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QEE
Qualidade da Energia Elétrica
Causas
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Alteração da natureza das cargas Desde o início do século até 70’s
Setor em permanente expansão e sem grandes problemas com a Qualidade de Energia
Cargas robustas e pouco poluidoras Cargas lineares: resistivas, indutivas e capacitivas Não Lineares: fornos a arco, transformadores …
• Após década de 70•Aparecimento do transístor (tiristor) e eletrônica de potência•Proliferação de cargas não lineares, altamente poluidoras•Cargas simultaneamente mais sensíveis e mais perturbadoras da qualidade de energia
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Na perspectiva da qualidade
Desde o início do século até 70’s Qualidade mais ou menos adequada às necessidades dos
consumidores. Após década de 70
Qualidade passa a ser altamente crítica para as empresas com tecnologias avançadas
Maior exigência no mercado de energia, clientes com necessidades diferenciadas e muito específicas
Segmentação do mercado, cada cliente necessita de um produto específico
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Alteração da natureza das cargas
As cargas atuais são baseadas em dispositivos eletrônicos sensíveis
Estes elementos vieram permitir o uso mais eficiente da eletricidade e o controle mais preciso sobre os processos simultaneamente trouxeram perturbações muito significativas à qualidade de energia
Os novos dispositivos são um dos principais causadores de muitos dos problemas e as maiores vitimas da falta de qualidade
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QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Causas de problemas de QEE
utilização de cargas não lineares;
falhas no sistema concessionária-fornecedor (descargas atmosféricas, galhos de árvores, vento, etc.);
energização de bancos de capacitores;
ligação ou desligamento de grandes cargas / operações de manobra, rejeição de carga;
ajuste incorreto de taps de transformadores;
partida de grandes motores; desequilíbrio da rede de
distribuição (cargas monofásicas, ausência de transposição de linhas);
etc.Fonte: PPT - Humberto Jorge
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QEE
Qualidade da Energia Elétrica
Efeitos
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Transformadores - sobreaquecimento, ressonância entre a sua indutância e as capacidades do sistema, saturação, vibrações nos enrolamentos e desgaste do isolamento entre lâminas
Máquinas rotativas - sobreaquecimento, vibrações, binários pulsantes, etc.
Retificadores e reguladores de tensão - múltipla detecção de cruzamento, valores elevados de dV/dt que podem levar ao disparo indevido de tiristores, etc.
Relés de proteção - operações indevidas ou até mesmo impedimento da operação dos mesmos
CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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Disjuntores e fusíveis - perturbação das suas características de interrupção
Aparelhos de medida - diminuição da precisão Capacitores - aumento da sua dissipação térmica e deterioração do
seu dielétrico
Condutores - sobreaquecimento em condutores de neutro Telefones - a proximidade entre linhas telefónicas e condutores
eléctricos propiciam a indução de ruído nos canais telefónicos Equipamentos e instrumentos eletrônicos - mau
funcionamento
CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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Efeitos perdas elétricas excessivas efeito pelicular perda de vida útil de equipamentos funcionamento anormal de dispositivos de comando e de proteção multas por baixo FP e violação de índices operação anormal de acionamentos:
• torques pulsantes• sub ou sobrevelocidade
danos devido a sobretensões harmônicas sobrecarregamento de condutores/dispositivos e equipamentos de transporte de energia etc
CONSEQUÊNCIAS RELATIVAS A BAIXA QEE
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QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Impacto nos transformadores Se o transformador está
dimensionado em função da potência aparente, a presença de harmônicas resulta num valor eficaz superior ao nominal
As correntes de Foucault que resultam da magnetização do transformador originam perdas que são proporcionais ao quadrado da frequência
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Cargas ricas em harmônicas causam dois problemas
principais em transformadores:
Correntes Harmônicas múltiplas da ordem 3 que circulam
em enrolamentos em delta aumentando as perdas
resistivas, a temperatura de operação e reduzindo a
capacidade de carga efetiva
Correntes harmônicas de ordem superior que por serem
de alta frequência aumentam as perdas magnéticas e
aumentam as correntes parasitas
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Fator K nos Transformadores
Fonte: PROCOBRE
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Mundo real
Seleção e gerenciamento
Pequenas mudanças na carga produzem um largo efeito no
tempo de vida
Descrescimo de carga e definição de teto
Análise constante em relação ao tempo de vida quando Adicionar novas cargas
Fazer mudanças em filtros harmônicos das instalações
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Impacto nos motores
As harmônicas de tensão originam perdas suplementares (devido às correntes de Foulcaut) que diminuem a eficiência dos motores.
As harmónicas de tensão induzem harmônicas de corrente nos rotores dos motores que produzem binários pulsantes responsáveis por vibração das máquinas
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Impacto nos capacitores
A presença de harmônicas de tensão faz circular nos circuitos com capacitores correntes superiores à corrente nominal porque
Não deve ser desprezado o efeito amplificador que os circuitos ressonantes LC têm muitas vezes.
fCX C 2
1
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Fonte: Livro Power Quality in Electrical Machines and Power Systems
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Eficiência Energética de Equipamentos e InstalaçõesPROCEL
Tabela 15.1 - Implicações de alguns distúrbios da qualidade da energia elétrica pg 532
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QEE
Qualidade da Energia Elétrica
Tipos de distúrbios
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Distúrbios
TRANSITÓRIOS, dos tipos impulsivos ou oscilatórios. VARIAÇÕES DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO, que podem ser
instantâneas, momentâneas, ou temporárias. VARIAÇÕES DE TENSÃO DE LONGA DURAÇÃO, que podem ser de três
tipos: interrupcões, subtensões ou sobretensões sustentadas. DESEQUILÍBRIOS DE TENSÃO, causados por má distribuição de cargas
monofásicas, e que fazem surgir no circuito tensões de seqüência negativa.
DISTORÇÕES DA FORMA DE ONDA, que podem ser classificadas em cinco tipos: nível CC, harmônicos, interharmônicos, "notching", e ruídos.
OSCILAÇÕES DE TENSÃO, que são variações sistemáticas dos valores eficazes da tensão de suprimento (dentro da faixa compreendida entre 0,95 e 1,05 pu), e que podem ser aleatórias, repetitivas ou esporádicas.
VARIAÇÕES DA FREQUÊNCIA DO SISTEMA, que são definidas como sendo desvios no valor da freqüência fundamental deste sistema (50 ou 60Hz).
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Typical Power Quality Problems
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Typical Power Quality Problems
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Typical Power Quality Problems
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Harmônicos
Fonte: Livro CONSERVAÇÃO DE ENERGIA PROCEL
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POTÊNCIAPOTÊNCIA potência instantânea p é dado pelo produto da
tensão pela corrente e é formado pelas seguintes parcelas: Uma parcela correspondente à energia fornecida de
modo irreversível pela fonte ao circuito e seu valor médio fornecido é chamado de potência ativa;
A outra parcela corresponde à energia trocada reversivelmente entre a fonte e o circuito. O seu valor máximo V I sen é chamado de potência reativa .
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POTÊNCIA ATIVAPOTÊNCIA ATIVA
Potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc.
É medida em kW
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POTÊNCIA REATIVAPOTÊNCIA REATIVA Potência usada apenas para criar e
manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas.
É medida em kVAR
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Como exemplo de cargas que consomem energia reativa tem - se:
· Transformadores,· Motores de indução,· Fornos de indução,· Reatores, etc.
CARGAS INDUTIVASCARGAS INDUTIVAS
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CARGAS CAPACITIVASCARGAS CAPACITIVAS
Como exemplo de cargas que fornecem energia reativa tem - se:
· Capacitores, · Motores síncronos superexcitados,
· Condensadores síncronos, etc.
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O que é o fator de potência ?
Pode ser entendido como um valor que reflete com a energiaestá sendo utilizada.
Para o funcionamento de determinadas cargas, p.ex. motor,são necessários dois tipos de potência: Ativa e Reativa.• Ativa para fazer o motor girar;• Reativa para permitir o giro do motor(magnetizar o núcleo).
Mostra a relação entre a energia útil (Ativa - W) e a energia total (Aparente - VA) fornecida pelo sistema.
Fator de Potência
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• Fundamentos Circuitos de corrente alternada
Fonte: Hyperphysics. Nave, 2003.
Z é a impedância, que equivaleria ao resistor dos circuitos de corrente contínua
Circuito RLC em série
Diagrama de fase
Circuito RLC em paralelo
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• A importância do fator de potência
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Desvantagens de um baixo FP
A máxima potência ativa absorvível da rede é fortemente limitada pelo FP;
As harmônicas de corrente exigem um sobredimensionamento da instalação elétrica e dos transformadores, além de aumentar as perdas (efeito pelicular);
A componente de 3a harmônica da corrente, em sistema trifásico com neutro, pode ser muito maior do que o normal;
O achatamento da onda de tensão, devido ao pico da corrente, além da distorção da forma de onda, pode causar mau-funcionamento de outros equipamentos conectados à mesma rede;
As componentes harmônicas podem excitar ressonâncias no sistema de potência, levando a picos de tensão e de corrente, podendo danificar dispositivos conectados à linha.
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• Graficamente
Circuito indutivoA corrente está defasada em 90o
O fator de potência é zero (O)A impedância varia: XL=V/LI = V/ XL
Circuito capacitivoA corrente está defasada em - 90o
O fator de potência é zero (O)A impedância varia: XC=V/CI = V/ XC
Circuito resistivoCorrente e tensão estão em faseO fator de potência é um (1)A impedância é igual à resistência (Z=R)I = V/R
Fonte: Hyperphysics. Nave, 2003.
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Flicker – O que é ?
uma mudança perceptível da intensidade luminosa
Geralmente causada pro pequenas flutuações de tensão
Raramente prejudicial para o equipamento eletrônico
Causa mal-estar devido as mudanças de iluminação
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É importante ? Sim! Problema muito comum em QEE É irritante Pode causar problemas relativos a epilepsia
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6767
Seus efeitos dependem de
com que regularidade a tensão flutua a frequência do flicker iluminação ambiente
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6868
Flicker - causas Fornos à arco Motores de indução com altas correntes in-
rush Soldas à arco Mal funcionamento de equiapmentos com
eletrônica de potência Qualquer grande variação de carga
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Power Quality Study
Voltage Sags60%
Interruptions3%
Voltage Swells
29%
Spikes8%
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QEE
Qualidade da Energia Elétrica
Análise e Diagnóstico
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ESTUDOS DE QEEESTUDOS DE QEE
METODOLOGIAMETODOLOGIA
- SIMULAÇÃO DE REDES- SIMULAÇÃO DE REDES
- MEDIÇÕES EM CAMPO- MEDIÇÕES EM CAMPO
- ANÁLISE DE RESULTADOS- ANÁLISE DE RESULTADOS
IMPORTÂNCIA DE INVESTIGAÇÕES IMPORTÂNCIA DE INVESTIGAÇÕES
CONCESSIONÁRIAS: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE CONCESSIONÁRIAS: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS NA REDE, MELHORIA DE INDICADORES.PROBLEMAS NA REDE, MELHORIA DE INDICADORES.
CONSUMIDORES: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE CONSUMIDORES: IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS EM SUA PLANTA, AVALIAÇÃO DA PROBLEMAS EM SUA PLANTA, AVALIAÇÃO DA SENSIBILIDADE DE PROCESSOS.SENSIBILIDADE DE PROCESSOS.
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ANÁLISE E DIAGNÓSTICOANÁLISE E DIAGNÓSTICO
(INFORMAÇÕES FUNDAMENTAIS : PRÉ-MONITORAMENTO)
NATUREZA DO PROBLEMA
CARACTERÍSTICAS DOS EQUIPAMENTOS AFETADOS
QUANDO E COMO OS PROBLEMAS OCORREM
OUTROS PROBLEMAS COINCIDENTES
EXISTEM EQUIPAMENTOS DE CONDICIONAMENTO
DADOS DO SISTEMA ELÉTRICO
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AVALIAÇÃO DE PROBLEMAS DE QUALIDADEAVALIAÇÃO DE PROBLEMAS DE QUALIDADE
IDENTIFICAÇÃOIDENTIFICAÇÃOCATEGORIACATEGORIA
CARACTERIZAÇÃOCARACTERIZAÇÃO
ALTERNATIVASALTERNATIVAS
ANÁLISE DAS ANÁLISE DAS SOLUÇÕESSOLUÇÕES
SOLUÇÃO ÓTIMASOLUÇÃO ÓTIMA
REGULAÇÃO E AFUNDAMENTOS FLICKER TRANSITÓRIOS HARMÔNICOSREGULAÇÃO E AFUNDAMENTOS FLICKER TRANSITÓRIOS HARMÔNICOSDESBALANÇO INTERRUPÇÕESDESBALANÇO INTERRUPÇÕES
CAUSASCAUSASMEDIÇÕES/COLETA DE DADOS CARACTERÍSTICASMEDIÇÕES/COLETA DE DADOS CARACTERÍSTICAS IMPACTO NO EQUIPAMENTOIMPACTO NO EQUIPAMENTO
TRANSMISSÃO DISTRIBUIÇÃO CLIENTE ESPECIFICAÇÃO/EQUIPAMENTOTRANSMISSÃO DISTRIBUIÇÃO CLIENTE ESPECIFICAÇÃO/EQUIPAMENTO
AVALIAÇÃO ECONÔMICA DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕESAVALIAÇÃO ECONÔMICA DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES
DIAGNÓSTICO/RECOMENDAÇÕES ALTERNATIVAS TÉCNICASDIAGNÓSTICO/RECOMENDAÇÕES ALTERNATIVAS TÉCNICAS
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PREVENÇÃO E SOLUÇÃOPREVENÇÃO E SOLUÇÃO
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Simuladores MATLAB (http://www.mathworks.com/) PSPICE (https://www.cadence.com) PSIM (http://www.powersimtech.com/)
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Congressos
• ICHQP - International Conference on Harmonics & Quality of Power
• SBQEE - Seminário Brasileiro sobre Qualidade de Energia Elétrica
• Induscon - Conferência Internacional em Aplicações Industriais
• COBEP - Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência
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NORMAS E ORGANIZAÇÕES RELACIONADAS COM QUALIDADE DE ENERGIA
EN50160: é uma norma que cobre flicker, interharmônicas, desvios/variações de tensão, e muito mais.
IEC 61000-4-15: é uma norma de medição de flicker que inclui especificações para medidores.
IEC 61000-4-7: descreve uma técnica de medição padrão para harmônicas.
IEEE 519 (1992): é uma prática recomendada pela IEEE, utilizada principalmente por concessionárias de energia nos EUA. Descreve níveis aceitáveis de harmônicas para o ponto de entrega de energia pela concessionária.
IEEE 1159 (1995): é uma prática recomendada pela IEEE para monitoração e interpretação apropriada dos fenômenos que causam problemas de qualidade de energia.
CBEMA: Computer and Business Equipment Manufacturers Association define os níveis de suportabilidade de equipamentos, em função da magnitude da tensão e da duração do distúrbio. Distúrbios que caiam fora da curva podem causar danos aos equipamentos.
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
CBEMA curve for susceptibility of 120V Computer EquipmentComputer
Business Equipment Manufacturers Association
Early 1980’s CBEMA designed the curve to point out ways in which system reliability could be provided for electronic equipment
EQUIPMENT DAMAGEEQUIPMENT DAMAGE
EQUIPMENT FAILUREEQUIPMENT FAILURE
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Fonte: Fluke
ANÁLISE DE PROBLEMAS QEEANÁLISE DE PROBLEMAS QEE
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
FLUXOGRAMA INICIAL PARA ANÁLISE DE PROBLEMAS QEEFLUXOGRAMA INICIAL PARA ANÁLISE DE PROBLEMAS QEE
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Fonte: Fluke
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Trade-offsCostProviders
Trade-offsCostProviders
Trade-offsCostProviders
Primarily revenue grade meters, limited PQ/PR capability Require expensive infrastructure, including full back-end integration with utility billing system
System cost borne by utility $800/monitor + monthly charge
ION GE SmartSynch
Automatic Metering Systems
Multiple monitor internal network (Internet/Ethernet for external communications) Require significant hardware, software, infrastructure
$10,000-$25,000 (system) $800-$4,000 (monitor) $400-$3000/yr (operating)
Dranetz/BMI PML RPM
High-End Monitoring Systems
Stand alone ‘instruments’, no networking or data aggregation Labor intensive use, especially with multiple monitors
~$1,000 to $2,500 Fluke Dranetz/BMI PML RPM
Low-End Monitors
PQ Monitoring: Existing Solutions
Typically provide multi-function monitoring Voltage, current, power, VAR, energy, harmonics
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Ver apresentação Fluke
measurement-for-pq-maintenence .ppt
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Estudo de casoSituação
Um prédio comercial moderno, voltado essencialmente para desenvolvimento de softwares continha um grande número de PCs e outros equipamentos eletrônicos de escritório. Estas cargas eletrônicas eram alimentadas por um transformador de 120/208V configurado com um delta primário e um Y secundário.
Os PCs estavam bem distribuídos pelo prédio, exceto por uma grande sala que continha muitas máquinas. Os PCs nesta sala, usados exclusivamente para testes, eram servidos por muitos circuitos ramificados. O transformador e a chave de distribuição principal localizavam-se numa sala elétrica do andar térreo.
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A inspeção desta sala revelou imediatamente dois sintomas de correntes harmônicas altas:
O transformador estava gerando uma quantidade substancial de calor.
O painel principal emitiu um zumbido audível. O som não era a trepidação comumente associada a um interruptor de circuito defeituoso, mas um profundo zumbido ressonante que indicou que as partes mecânicas do próprio painel estavam vibrando.
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Segurança na medição
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Todos os instrumentos devem estar calibrados e testados por instituições independentes
Deve-se indicar a categoria de operação Overvoltage Category ( CAT I, II, III, IV ) e o nível de tensão (300, 600, 1000 Volts)
Considerações
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Categoria de utilizaçãoCAT IV - Electricity meters and primary connectionCAT III - Permanent connection to the fixed
installation.
CAT II - Appliances, portable tools etc.
CAT I - Protected electronic circuits.
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Voltage Phase-Zero CAT I CAT II CAT III CAT IV
300 1500 2500 4000
600 2500 4000 6000 8000
1000 4000 6000 8000
Source Impedance 30 Ω 12 Ω 2 Ω 2 Ω
Voltage Phase-Zero CAT I CAT II CAT III CAT IV
300 1500 2500 4000
600 2500 4000 6000 8000
1000 4000 6000 8000
Source Impedance 30 Ω 12 Ω 2 Ω 2 Ω
Voltage Rating per Category Test Impulse Rating
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Measurement Methods
Both Clamp Meter’s are calibrated and functioning correctly
59.2 59.2 A ACA AC 40.5 40.5 A ACA AC
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Power Quality Troubleshooting & Surveys
Measurements
1. Volts Amps & Frequency
2. Power3. Harmonics4. Dips & Swells5. Transients6. Unbalance7. Flicker8. Inrush9. Temperature
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Temperature
Many power quality problems initially result in an increase in temperature of components, connectors, cables and machinery
Infra red non contact measurement is the ideal way to locate this type of problem
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Why infrared non-contact measurement?
1) Measurement from distance Dangerous to contact (Electrical) Difficult to reach Moving objects
2) Measurement without contact Very hot objects Where contact would damage,
contaminate or change temperature (Food & Chemical)
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Example Substations
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Both qualitative and quantitative inspections are Required to determine a fault
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Electrical connections
The connections on this evaporator pumpread over 50 degrees hotter on phase 3
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
The temperature readouts show that connection on the centre phase of this main lighting disconnect are hot, suggesting an unbalanced load
Electrical connections
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Electrical connections
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Electrical unbalance or overload?
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Electrical unbalance or overload?
Where is the increased resistance? On the left or on the right contact?
A hot spot is not necessarily a faulty connection!
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Single Phase Troubleshooting
Fluke 345 Power Clamp Fluke 43B Analyzer
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Three Phase Troubleshooting
Fluke 435 Power Quality Troubleshooter
Fluke 1735 Power Logger
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Power Quality Logging
Fluke 1740 Series Power Quality Logger
Fluke 1760 Power Quality Logger
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Thermal Imaging
FlukeTi20 Thermal Imaging Camera
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
QEE
Qualidade da Energia Elétrica
Soluções
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Interrupções Interrupção total da alimentação elétrica
Curto-circuitos, descargas atmosféricas, e outros acidentes que exijam manobras precisas de fusíveis, disjuntores, etc.
Queda do sistemaDanificação de componentesPerda de produção
UPSGeradores de emergência (interrupções de longa duração)
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Transientes Distúrbio na curva senoidal, resultando em rápido e agudo aumento de tensão
Descargas atmosféricasManobras da concessionáriaManobras de grandes cargas e bancos de capacitores
Travamento, perda de memória e erros de processamento Queima de placas eletrônicas, danificação de materiais de isolação e de equipamentos
Supressores de transientesUPS com supressores de transientesTransformadores de isolação
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Sag / Swell Subtensões (sags) ou sobretensões (swells) curtas (meio ciclo até 3 segundos)Sags respondem por cerca de 87% de todos os distúrbios elétricos
Queda/Partida de grandes equipamentosCurto-circuitosFalha em equipamentos ou manobras da concessionária
Perda de dados e erros de processamentoDesligamento de equipamentosOscilações em motores com redução de vida útil
UPSReguladores de tensão
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Ruídos Sinal indesejado de alta freqüência que altera o padrão normal de tensão (onda senoidal)
Interferência de estações de rádio e TVOperação de equipamentos eletrônicos
Travamentos, perda de dados e erros de processamentoRecepções distorcidas (audio e video)
UPSTransformadores de isolaçãoFiltros de linha
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Harmônicos Alteração do padrão normal de tensão (onda senoidal), causada por freqüências múltiplas da fundamental (50-60Hz)
UPS, Reatores eletrônicos, inversores de freqüência, retificadores e outras cargas não-lineares.
Sobreaquecimento de cabos e equipamentosDiminuição da performance de motoresOperação errônea de disjuntores, relés e fusíveis
Filtros de harmônicasReatores de linhaMelhorias na fiação e no aterramentoTransformadores de isolação
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
RESUMO: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES (Fonte: Engecomp)
Distúrbio Descrição Causas Efeitos Soluções
Variações de Tensão de Longa Duração
Variações de tensão com duração acima de 1 minuto
Equipamentos e fiação sobrecarregadosUtilização imprópria de transformadoresFiação subdimensionada ou conexões mal feitas
Desligamento de equipamentosSobreaquecimento de motores e lâmpadasRedução de vida útil ou de eficiência dos equipamentos
UPSVerificar conexões e fiações elétricasTransferência de equipamentos para outros circuitos
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Power Quality solutions
Back-up generator(s) Dynamic voltage restorers Harmonic filter (passive) Isolation transformers Line conditioners or active filters Multiple independent feeder Oversizing equipment (transformers, motors) and cables
(line and especially neutral conductors) Shielding and grounding Static transfer switches Static Var Compensator Surge protectors on key pieces of equipment Uninterruptible power supply (UPS) devices Voltage stabilisers
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Static UPS
LOADMains 1
Primary Supply
Mains 2
Bypass Supply
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Dual Conversion On-Line UPS System
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Static Var Compensator
Consists of electronically switched capacitor and/or inductor.
Some SVC technologies Thyristor Controlled Reactor (TCR) with fixed capacitor
(FC) TCR with thyristor switched capacitor (TSC).
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Types of Filters
Passive filters provide low impedance path to ground at
resonance frequency, use tuned RLC components, economical.
Active filters inject harmonic currents (or voltages) out of phase
with the ambient harmonics, use components such as switches and amplifiers, expensive.
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Passive Filters
Series tuned circuit offers very low impedance at resonance frequency
Parallel tuned circuit offers very high impedance at resonance frequency
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
FACTS-Flexible AC Transmission Systems
Sistemas Flexíveis de Transmissão em CA
Sistemas sofisticados com tecnologia de ponta destinados a obter :
Transmissão de potência em condições ótimas, com máxima qualidade e eficiência
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Static Condenser (STATCOM)
FACTS and Custom Power Device reactive power
compensation, voltage regulation (by
reactive power compensation),
harmonic current compensation.
Behaves as a voltage source connected in shunt to the power system through an inductor.
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
FILTRO ATIVO
Ibalanceada (irc,isc,itc) Idesbalanceada (ir,is,it)
Cálculo da Corrente de Referência
Carga Rede
Icompensação (-ir-,-is-,-it-) Conversor
Icomp_ref (iref_r-, iref_s-, iref_t-)
Compensador
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
EXEMPLO DE APLICAÇÃOCompensação através de Filtro Ativo de Potência
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINALPower Systems
Filtros de harmônicas ativos Substations
Filtro ativo shunt
Filtro ativo série
© AB
B P
ow
er
Te
chn
olo
gie
s
BA
PS
S
- 1
6 -
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINALPower Systems
Filtros de harmônicas ativos Substations
Filtro ativo shunt e série
Filtro ativo shunt em paralelo com filtro passivo shunt
© AB
B P
ow
er
Te
chn
olo
gie
s
BA
PS
S
- 1
7 -
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINALPower Systems
Filtros de harmônicas híbridos Substations
Filtro ativo série em paralelo com filtro passivo shunt
Filtro ativo série em série com filtro passivo shunt
© AB
B P
ow
er
Te
chn
olo
gie
s
BA
PS
S
- 1
8 -
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Vídeo ABB – Filtros Ativos
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Voltage dips / sagsVoltage dips / sags
Dips are mainly caused by short circuitsDips are mainly caused by short circuits
> 10%> 10%
< 2 s< 2 s
DipDip
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
FlywheelFlywheel
grid load
converters
M/G G
static switch
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Dynamic Voltage RestorerDynamic Voltage Restorer
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
StatcomStatcom
DC-link with optional energy storage
grid load
transformer
converter
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
SummarySummary
Siz
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Te
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olo
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turity
Flywheel = - - - = + + + + Static UPS + = - - + + + + + DVR-1 + + + = = = = + = DVR-2, 200% load - + + - = + = = = DVR-2, 400% load - + + - = + = = = Statcom-SMES - = - = - = = + - Shunt connected SM + - - -/= = + +1 + - Transformerless series injector + = + + = = = = =
1 The harmonic currents are reduced by creating a low impedance path through the SM
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Applying Protection-Building Overview
Process Manufacturing
Critical Load
Non Essential Loads
Essential Loads
Data Centre
Critical Load
Sub Station
Air Conditioning
Canteen
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Power SolutionsPowerProblem
AutomaticVoltage Stabiliser
(AVS) Motorised
AutomaticVoltage
Stabiliser (AVS) Electronic
Power Conditioner
CVTFerro
Resonate
UPS(online) Dual Conversion
DVRsDynamic Voltage
Restorers
Blackout / Power Failures
Sags /Brownouts Surges / Overvoltages
Spikes / Transients High Frequency Noise
Frequency Variation
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Selecting a Solution
Sizing the Equipment
Site Considerations
System Configuration
Autonomy (Battery Back-up time)
Communications
Specification Considerations
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Selecting a Solution
What do we need to know?What do we need to know?
The DisturbanceThe Disturbance
The Severity The Severity
The DurationThe Duration
The SourceThe Source
The EffectThe Effect
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Combined Therapies
Process Manufacturing
Critical Load
Non Essential Loads
Essential Loads
Data Centre
Critical Load
Sub Station
Air Conditioning
Canteen
UPS
AMF
Back up Generator
DVR
DVR
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
http://lms.globalknowledge.com/ilearn/en/learner/jsp/clients/APC/customer/login.jsp
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Atividades – Grupos (no máx. 3 alunos/ no mín. 2
alunos)
Elaborar e apresentar um artigo conforme modelo disponível no site da disciplina sobre temática a seguir:
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Tema 1:Visão dos Atores
O que é Gestão de Energia ? O que é Qualidade da Energia Elétrica ? Qual a influência da qualidade de energia na gestão de energia ? Apresentar e discutir diferentes pontos de vista dos atores: • comercial• industrial • residencial • concessionária• governo
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Tema 2: Estudo de caso
apresentação de problema relacionado a QEE
Discutir:
•metodologia do diagnóstico•solução empregada
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Tema 3:Soluções e Tecnologias
Apresentação de solução tecnológica:• produto ou processo que contribua para melhorar o uso final de energia
Ressaltar: •vantagens/desvantagens•comparações
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
Dinâmica da Avaliação
Enviar atividade via eletrônica por e-mail até o dia 8/abr
• apresentação tempo (15 min)• perguntas da sala (5 min)
•Cada integrante deverá enviar avaliação individual de cada membro da equipe (sua e dos colegas) – notas de 0-10
Nota será composta por:
• 30% média das avaliações dos membros da própria equipe• 40% média das avaliações das outras equipes da classe sobre a apresentação do grupo• 30% avaliação do professor
QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIAS DE USO FINAL
O Mark IV Plus é uma ferramenta para diagnóstico e gestão energética no qual o usuário fornece informações sobre a sua instalação. O programa analisará os dados, fornecendo um relatório com a análise do consumo de energia e medidas de conservação de energia a serem tomadas.
O Mark IV Plus apresenta os seguintes módulos de análise: Análise de Contas de Energia, Análise Econômica, Ar Condicionado Central, Ar Condicionado de Janela, Caldeiras, Cogeração, Condensadores a Água, Fornos e Estufas, Iluminação, Motores, Quadros de Distribuição, Refrigeração, Transformadores e Tubulações.
O módulo Principal consolida em um único relatório os resultados obtidos pelos demais módulos.
Os módulos podem ser executados independentemente, sendo que o de análise econômica serve de auxílio para os demais.
Idioma: português
Licença: gratuita