OUTROS DISTÚRBIOS FLUTUAÇÕES DE

TENSÃO <25 Hz Intermitente 0,1 – 7% 0,2 – 2 Pst** VARIAÇÃO DA FREQUÊNCIA < 10 s +/- 0.10 Hz Fonte: IEEE 1159, 2009

*A quantidade pu refere-se a por unidade, que é adimensional. A quantidade 1,0 pu corresponde a 100%. A condição nominal é geralmente considerada como 1.0 pu. Nesta tabela, o valor de pico nominal é usado como base para transientes e o valor rms nominal é usado como base para variações de rms.

** Índice de gravidade de cintilação Pst, conforme definido na IEC 61000-4-15: 2003 [B15] e IEEE Std 1453 ™ -2004 [B28].

Os principais distúrbios de energia elétrica em sua grande maioria ocorrem devido a distúrbios atmosféricos, estes fenômenos afetam a qualidade da energia elétrica e quando acontecem podem causar grandes danos ao sistema elétrico (MARTINHO, 2009).

3. 1 PRINCIPAIS DISTÚRBIOS ELÉTRICOS

3.1.1 Transitórios

Para Martinho (2009), transitório eletromagnético é definido com “manifestação ou resposta elétrica local ou nas adjacências que se origina em alterações súbitas nas condições operacionais de um sistema de energia elétrica”.

De acordo com Sarmanho (2005), os efeitos transitórios ou transientes, são considerados eventos momentâneos e indesejáveis que ocorrem no sistema elétrico, como demostraddo na Figura 5, com valor abaixo de 0,1 ms.

Figura 5 – Transitório

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Este distúrbio pode ser definido como uma onda transitório de tensão, corrente ou potência em circuitos eletrônicos, surgem em decorrência de chaveamentos de grandes cargas, alimentação de transformadores, descargas atmosféricas, etc. Este distúrbio subdividi-se em: impulsivos e oscilatórios (SARMANHO, 2005).

3.1.1.1 Transitório impulsivo

Este é caracterizado por uma variação repentina permanente na onda senoidal, de acordo com a Figura 6, que apresenta características de pulsos unidirecionais, ocorrendo por descargas atmosféricas (LIMA, 2013).

Figura 6 – Transitório impulsivo

Fonte: Martinho (2009, p. 65

As descargas atmosféricas são caracterizadas por possuirem frequência diferentes da frequência do sistema, e estimulam uma alteração brusca no padrão de energia. Esta descarga que atigem a rede de distribuição acabam por ter seu caminho feito através das fases, podendo causar elevação da tensão, onde além da sobretensão, pode originar falta ou afundamentos de curta duração, gerando interrupções devido a atuação dos dispositivos de proteção, como o DPS (Dispositivo de Proteção de Surto). A elevação também pode ocorrer no sistema de aterramento, elevando o potencial de um determinado ponto, originando um diferencial em relação a outro ponto (MARTINHO, 2009, p. 66).

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Este efeito é decorrente da rápida variação nos valores e poloaridade da tensão e corrente, pode com isso alterar a polaridade da onda, observado na Figura 7. Este efeito é originado pelo desligamento de grandes cargas, chaveamento de transformadores ou bancos de capacitores (LIMA, 2013).

Figura 7 – Transitório oscilatório

Fonte: Martinho (2009, p. 67)

Esse distúrbio pode ocorrer com valores inferiores a 5 KHz e períodos entre 0,3 e 50 ms, chamados de transitório de baixa frequência, observados nos sistemas de distribuição, transitório de média frequência ocorrem entre 5 e 500 kHz em alguns microssegundos (vários ciclos), decorrente de chaveamento de dispositivos de proteção, como disjuntores que eliminam faltas. E o transitório de alta frequência ocorrem com frequência acima de 500 kHz e duram microssegundos, sendo causados por descasgas atmosféricas, chaveamentos de cargas indutivas, etc. (MARTINHO, 2009, p. 67).

3.1.2 Variações de tensão de curta duração

Esse distúrbio por ser de curta duração pode ser considerado como instantâneo, ocorre em decorrência de falhas no momento da energização de grandes cargas, onde estas necessitam de corrente elevada na partida ou ocorrem no mau contato na conexão entre a carga e a rede elétrica. Essa variação pode ter

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sua origem decorrente de três distúrbios, como interrupção do fornecimento de energia, sobretensão (SWELL) e subtensão ou afundamento (SAG) (SARMANHO, 2005).

3.1.2.1 Afundamento de tensão de curta duração (SAG)

Este distúrbio ocorre devido à redução no valor eficaz, entre 0,1 e 0,9 pu na frequência nominal, com duração de ciclos que variam entre 0,5 ciclo e um minuto, figura 8. Esse distúrbio geralmente está associado a falhas no sistema como curtos-circuitos na rede de distribuição), causando vários problemas a equipamentos, principalmente eletrônicos que possuem uma sensibilidade grande podendo sofrer danos como perda de dados, erro de processamento até parada de processamento, gerando parada de controle que leva a perdas de segurança e produtividade (MARTINHO, 2009).

3.2.2.2. Elevação de tensão de curta duração (SWELL)

Conhecida também como sobretensão, esse distúrbio ocorre devido a picos de tensão entre 1,1 a 1,8 pu, com tempo de duração inferior a um minuto, sendo caracterizadas pela magnitude e duração da falha, e dependendo do local da impedância e do aterramento, chega a uma tensão de fase de até 1,73 pu. Na figura 8, observa-se que a redução e elevação da tensão ocorrem por um período de 3 ciclos, caracterizando um distúrbio de curta duração. (SARMANHO, 2005).

Figura 8 – Variação de tensão de curta duração

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De acordo com Martinho (2009), uma elevação da tensão pode causar danos aos equipamentos eletrônicos que estão interligados a linha, estas elevações podem ocorrer por falta nos sistemas de distribuição, ou quando cargas de potência elevada são desligadas abruptamente, ou ainda bancos de capacitores que são desenergizados e que se tornam fonte momentânea para rede, além de descargas induzidas podem originar elevação de tensão.

3.1.3 Variações de tensão de longa duração

Esse distúrbio é caracterizado pela alteração da tensão eficaz na frequência fundamental do sistema e ocorre por períodos maiores que 1 minuto, tais variações podem ser positivas, caracterizando sobretensão, quando o valor ultrapassa 10% do valor nominal da tensão ou podem ser negativas, caracterizando uma subtensão, atingindo valores superiores a 90% da tensão nominal (FERREIRA, 2010; MARTINHO, 2009).

3.1.3.1 Interrupção sustentada

De acorda com Martinho (2009) A interrupção é definida como “é caracterizada por valores de tensão menores que 10% da tensão nominal, chegando à ausência total de tensão que pode ocorrer entre alguns ciclos até vários minutos”. Quando uma interrupção ocorre e permanece por mais de 1 minuto, diz-se que a interrupção é sustentada, este distúrbio torna-se permanente, sendo necessário intervenção para o reestabelecimento da energia. Ocorre por vários fatores tais como: descargas atmosféricas, atuação de dispositivos de proteção, acidentes que faz-se necessário desenergização ou por falta fase-terra e/ou fase-fase, pode ser ocasionado por interrupção planejada nos casos de manutenção periódica. A Figura 9, mostra os gráficos com os três tipos de variações de longa duração.

3.1.3.2 Subtensões

Estas são caracterizadas quando atinge valores que ultrapassem cerca de 90% da tensão nominal do sistema, surgem por desligamento de banco de capacitores ou da energização de grandes cargas, normalizando quando o

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equipamento de relação de tensão começa a atuar, estabilizando assim a rede elétrica, além de sistemas elétricos mal projetados, ou ainda sobrecarregados (FERREIRA, 2010).

3.1.3.3 Sobretensões

Este distúrbio está vinculado ao desligamento de cargas em sistemas com baixa capacidade de regular tensão, sendo geradas por configurações incorretas, neste caso a tensão ultrapassa 10% do valor nominal do sistema. (SARMANHO, 2005).

Figura 9 – Variação de tensão de curta duração: (a) Afundamento de tensão ou subtensão; (b) Elevação de tensão ou sobretensão e; (c) Interrupção sustentada.

Fonte: Ferreira (2010, p. 13)

O uso de bancos de capacitores fixo para correção do fator de potência que podem gerar energia reativa, aumentando a tensão é a causa mais comum da sobretensão (MARTINHO, 2009).

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Este distúrbio ocorre pela razão entre o desvio máximo e a média dos valores de tensão ou corrente nas três fases, como visto na Figura 10, o desbalanceamento das fases ocorre devido ao desbalanceamento das cargas conectadas a rede elétrica (SARMANHO, 2005).

Figura 10 – Tensão em sistema desequilibrado

Fonte: Martinho (2009, p. 71)

Sendo frequentes em sistemas trifásicos dos sistemas de distribuição, podendo ocorrer em instalações internas do consumidor, gerando tensões negativas no sistema de distribuição, o desequilíbrio pode ocorrer pelo esforço dos condutores submetidos a valores diferentes, aumentando assim a temperatura e diminuindo a vida útil (MARTINHO, 2009).

3.1.5 Distorções na forma de onda

3.1.5.1 DC offset

Esse distúrbio é caracterizado pela presença de tensão ou corrente CC em circuitos CA, que surgem pela operação ideal de retificadores de meia-onda. A presença de nível CC nas redes CA levam a saturação de transformadores, resultando em perdas adicionais e ainda redução da vida útil do equipamento, causando corrosão eletrolítica dos eletrodos de aterramento e dos conectores (ARRUDA, 2003)

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3.1.5.2 Harmônica

As harmônicas se caracterizam por tensões ou correntes senoidais cuja frequência, são múltiplas inteiras da frequência nominal do sistema de energia, ao combinar-se com a tensão ou com a corrente geram distorções na forma de onda (SARMANHO, 2005).

De acordo com Martinho (2009) Fourrier definiu a deformação de onda como:

Toda função periódica e não senoidal pode ser representada pela soma de expressões série que é composta por uma expressão senoidal em frequência fundamental e por expressões senoidais cuja frequência de cada senoide é múltipla da senoide fundamental (harmônica) e de uma eventual componente contínua.

Esta deformação do sinal senoidal, ocorre tanto no sinal de tensão e também no sinal de corrente, sendo que a distorção de corrente surge quando ocorre circulação de corrente harmônica no circuito em função das impedâncias apresentadas no circuito, são geradas também por cargas não-lineares.

Figura 11 – Representação da decomposição de um sinal distorcido

Fonte: Martinho (2009, p. 79)

Há inúmeras variações de harmônica, causadas por sinais de 3ª ordem (180 Hz), de 5ª ordem (300 Hz) e sucessivamente de 7ª, 9ª, como mostra a Figura 11. Parâmetros como valor médio, valor eficaz, valor de pico, fator de crista e fator de potência quando seus valores estão alterados são decorrentes pela presença de harmônica (MARTINHO, 2009).

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3.1.5.3 Inter-harmônica

As inter-harmônicas se caracterizam por tensões ou corrente senoidais, cuja frequências não são múltiplas inteiras da frequência nominal, no caso do Brasil 60 Hz. Este tipo ocorre na forma de onda discreta ou com uma larga faixa espectral, em diferentes classes de tensão. Pouco estudado este distúrbio é gerado por equipamentos a arco, motores de indução, inversores de frequência e conversores estáticos, dentre outros (FERREIRA, 2010; MARTINHO, 2009).

3.1.5.4 Ruído

De acordo com Arruda (2009) ruído é definido com “sinal elétrico indesejado, contendo larga faixa espectral com frequências menores que 200 kHz, as quais são superpostas as tensões ou correntes de fase, ou encontradas em condutores de neutro”. Estes ruídos, como visto na Figura 12, surgem por uso de equipamentos de eletrônica de potência, circuitos de controle, equipamentos a arco, retificadores a estado sólido e fontes chaveadas e ainda em aterramentos mal projetados e executado.

Figura 12 – Ruído

Fonte: Martinho (2009, p. 57)

Esse distúrbio divide-se em duas categorias: ruído de modo comum surge entre neutro e fase, onde afeta a referência do circuito eletrônico e pela existência de d.d.p (diferença de potencial) entre as referências dos circuitos. O ruído de modo normal, surge entre fases afetando os circuitos em geral (MARTINHO, 2009).

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3.1.5.5 Notching

O distúrbio notching é periódico de tensão, sendo gerado pela má operação de alguns equipamentos de eletrônica de potência, decorrente da comutação entre fases, nesse momento ocorre um curto-circuito, levando a tensão ao valor mínimo, chegando próximo de zero, permitido pela impedância do sistema, gerando interferência de alta frequência, afetando com isso equipamentos sensíveis, ocasionando paradas, travamento de dispositivos de armazenamento, entre outros (MARTINHO, 2009). A Figura 13, demonstra o distúrbio notching.

Figura 13 – Notching

Fonte: Martinho (2009, p. 63)

3.1.6 Flutuações de tensão

Segundo Arruda (2003), esse distúrbio se caracteriza pela variação sistemática do valor de tensão eficaz de suprimento numa faixa que varia entre 0,95 e 1,05 pu. Esse distúrbio ocorre em decorrência de carga industriais e apresenta-se de diferentes formas, a destacar.

 Flutuações aleatórias: ocorrem com o uso de fornos a arco, sendo que as amplitudes das oscilações dependem do estado de fusão do material, assim como o nível de curto-circuito da instalação elétrica.

 Flutuações repetitivas: surgem em decorrência de máquinas de solda, laminadores, elevadores de minas e ferrovias.

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Figura 14 – Flutuação de tensão - Flicker

Fonte: Martinho (2009, p. 61)

Nesse distúrbio observa-se o efeito flicker na Figura 14, que poder se notado pela sensação visual de que a luminosidade varia no tempo, sendo conhecido também com cintilação. O ocorre em devido a interferências diferentes de 60 Hz que propaga na rede, gerando danos em equipamentos sensíveis, causando ainda queda de rendimento em equipamentos elétricos e oscilação de torque e de potência em motores elétricos e interferências nos sistemas de proteção (MARTINHO, 2010).

3.1.7 Variação de frequência

A frequência é definida com a velocidade de oscilações da onda senoidal em um segundo, medida em Hertz (Hz). De acordo com a ANEEL e o PRODIST a frequência padrão no Brasil é de 60 Hz entregue aos consumidores que garante o bom funcionamento dos equipamentos elétricos (SARMANHO, 2005).

A ANEEL, através do PRODIST, módulo 8 – item 7 de julho de 2013, pondera as variações de frequência permitidas:

7.1 O sistema de distribuição e as instalações de geração conectadas ao mesmo devem, em condições normais de operação e em regime permanente, operar dentro dos limites de frequência situados entre 59,9 Hz e 60,1 Hz.

7.2 Quando da ocorrência de distúrbios no sistema de distribuição, as instalações de geração devem garantir que a frequência retorne, no intervalo de tempo de 30 (trinta) segundos após a transgressão, para a faixa de 59,5 Hz a 60,5 Hz, para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração.

7.3 Havendo necessidade de corte de geração ou de carga para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração, durante os distúrbios no sistema de distribuição, a frequência:

a) não pode exceder 66 Hz ou ser inferior a 56,5 Hz em condições extremas;

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b) pode permanecer acima de 62 Hz por no máximo 30 (trinta) segundos e acima de 63,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos;

c) pode permanecer abaixo de 58,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos e abaixo de 57,5 Hz por no máximo 05 (cinco) segundos.

Em sistemas de potência a frequência está diretamente associada à velocidade de rotação dos geradores que suprem o sistema, com pequenas variações que podem ser verificadas como resultado do balanço dinâmico entre cargas e geração no caso de alguma alteração, essa variação ocorre na faixa de 60 0,5 Hz, e a amplitude de variação e sua duração dependem das características da carga e da resposta do regulador de velocidade instalado no sistema de geração (ARRUDA, 2003).

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