DISTÚRBIOS NO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES.
Rafael Pimentel Professor M. Sc. Ricardo Nunes Wazen
Resumo
Este artigo ira apresentar alguns tipos de distúrbios no sistema elétrico de potência como a variação de tensão na rede elétrica, um distúrbio presente na maioria das instalações, o ruído um tipo de distúrbio que se o sistema for mal projetado pode afetar muitos sistemas de troca de dados e comando, cintilação (efeito Fliker) distúrbio que pode ser notado visualmente em uma instalação através da cintilação das lâmpadas, o notchig distúrbio provocado por chaveamento de componentes eletrônicos , surto de tensão (skipe) distúrbio provocado pela ação da natureza através de descargas atmosféricas. O artigo coloca suas possíveis causas e efeitos que provocam no sistema e algumas soluções para que o sistema opere com uma grande eficiência.
Palavras-chave: Qualidade de energia . Distorções. Rede elétrica.
Abstract
This article ira introduce some types of disturbances in the electric power system as the variation of voltage in the mains, a disorder present in most installations, the noise a type of disorder that if the system is poorly designed can affect many systems of data exchange and command, flicker (Fliker effect) disorder that can be noticed visually in an installation by flicker of lamps , the notchig disturbance caused by switching to electronic components, power surge (skip) disturbance caused by the action of nature through atmospheric discharges. The article puts its possible causes and effects that cause in the system and some solutions for the system to operate with a great efficiency.
1 INTRODUÇÃO
Nos dias de hoje com uma grande demanda no consumo de energia elétrica para indústrias, residências e outros segmentos, deixamos de apenas alimentar a carga e passamos a se preocupar como esta energia esta chegando do sistema de geração, transmissão, distribuição e como consumidor para ai sim poder utilizar com qualidade na nossa energia elétrica na carga.
Os problemas que afetam milhões de consumidores são os distúrbios elétricos. Eles têm várias causas e origens, mas certamente muitos deles são gerados no próprio consumidor ou nas suas adjacências, o problema é mais crítico nas áreas industriais.
Este trabalho ira abordar algumas formas de distúrbios da rede elétrica como variação de tensão, ruídos, cintilação (efeito Fliker), notchig, surto de tensão (skipe) a fim de mostrar às suas causa, efeitos e como proteger seu sistema desses distúrbios das principais fontes geradoras desses distúrbios são: os motores elétricos, elevadores, condicionadores de ar, máquinas de
soldas, tornos mecânicos, fresas, reatores para lâmpadas
fluorescentes, sistemas que operam com chaveamento de SCR.
2 Variação de Tensão
A variação de tensão em algumas literaturas pode ser explicada de varias formas, mas o mais básico que se mostra é a modificação ou alteração no valor de tensão diferente do valor nominal, por exemplo, temos uma fonte de alimentação de 50 vac de valor eficaz ao monitorar por determinado período verificamos que os valores aferidos são 47,5 Vac com essa leitura observa-se que a fonte variou 5%.
Da mesma forma que uma fonte de 24 vac de valor eficaz ao monitorar por algum tempo observamos que foi aferido 26 Vac, uma variação de 5%.
Os exemplos acima são didáticos, mas esse distúrbio pode ocorrer em qualquer nível de tensão e se divide em duas categorias:
Variação de tensão de curta duração que é o aumento ou redução da tensão em relação à tensão nominal durante um período de 0,5 ciclos em um minuto. Outra forma e a variação de tensão de longa duração é a elevação ou afundamento de tensão que acontecem por períodos maiores que um minuto.
Na Figura 1 representamos visualmente na forma de onda as variações de tensão conhecidas como sag que é a variação de tensão de curto período, a swell que é a elevação de tensão por um curto período e o afundamento de tensão de longa duração explicada acima.
Figura 1: Exemplos de variação de tensão na forma de onda .
2.1 Causas e Efeitos da variação de tensão
A variação de tensão pode ser provocada por chaveamento de carga muita elevada que quando acionadas provocam uma queda na rede ou quando desligada devolve essa energia para rede aumentando a tensão por um determinado tempo.
Outra causa são os bancos de capacitores que ao serem energizados precisam vencer a inercia e com isso os dispositivos do sistema de redes acabam não conseguindo suprir por completo e acabam gerando uma redução significativa da tensão.
As causas trazem os efeitos que segundo Bollem e Carvalho (2007), o afundamento de tensão pode afetar os equipamentos eletrônicos da seguinte maneira:
Desprogramação de microprocessadores, clps; Variação de velocidade de motores;
Desligamento de dispositivos de proteção; Falhas de comutação;
Desligamento de lâmpadas a descarga;
E atuação de dispositivos de proteção contra sobre Corrente, principalmente em acionamentos CC no modo regenerativo.
2.2 Soluções e Tratativas do efeito.
Como sabemos não podemos tratar o efeito, pois quedas de energia às vezes são imprevisíveis e com isso se torna necessário conviver com as causas, mas podemos controlar com uma simples avaliação das instalações elétricas, uma lista de equipamentos críticos a fim de não danifica-los, separar os sistemas de comando com o de força sabendo que partidas de grandes motores podem apresentar a queda de tensão.
Também podemos utilizar em sistemas de comando com o uso de controladores lógicos programáveis e dispositivos de controle as chamadas ups ,que do inglês significa uninterrupt power system,ou,em português, sistema ininterrupto de energia onde este sistema através de baterias mantem a energia mesmo quando acontecem os distúrbios.
3 Ruído
O conceito de ruído pode ser explicado de forma básica como sinais elétricos que são menores que 200 kHz, superpondo-se ao sinal de potência, sejam tensão e corrente que podem circular pelos condutores fase ou neutro de uma instalação elétrica ocasionando problemas na rede.
Na Figura 2 apresenta uma forma de onda com a presença do ruído, já na figura 3 a forma de onda é ampliada deixando ruído mais visível.
Figura 2 : Forma de onda com ruído.
Figura 3: Forma de onda ampliada com ruído.
3.1 Causas e Efeitos do Ruído
Esse efeito é gerado de várias formas, como, por exemplo, ser de natureza interna ,quando o ruído já vem incorporado ao sinal que foi transmitido ,ou por influencias externas, como, por exemplo, a indução de um motor ou o chaveamento de cargas diretas, ou mesmo a presença de equipamentos eletromagnéticos próximos ao sistema.
O efeito pode causar problemas em sistemas de aquisição de dados onde sempre trabalham com valores de tensão muito baixos aproximadamente 5 v se o sinal sofrer um ruído, o sistema que vai receber esse dados onde vai ocorrer uma leitura errada onde pode ter prejuízos enormes para o sistema.
Por exemplo, um sistema de emergência de manufatura de impressão de bobinas de papel, se for instalado cabos de comando não blindados
próximos ao de potencia com a indução ele vai gerar ruídos e com isso pequeno sinal será levado pelos cabos e dependendo da amplitude ira acionar o comando emergência do rele de segurança ou plc e mandar parar imediatamente o equipamento.
Essa parada bruscamente não foi solicitada pelo operador e ira arrebentar o papel, perdendo referencia de drives e outros equipamento e com isso teremos uma parada aproximada de 2 a 3 horas até realizar a volta da produção, referenciar o equipamento e sem contar que a equipe de manutenção vai tentar localizar o defeito longe da causa.
3.3 Soluções de Ruído
Segundo Martinho (2013) o ruído o é um dos distúrbios mais difíceis de ser tratado, pois se origina de varias fontes e afeta os equipamentos de forma significativa. Na maioria das vezes requer um estudo mais profundo para a solução.
Podemos solucionar de forma que os cabos de aquisição de dados sejam com uma malha interna os chamados cabos blindados (gaiola de Faraday), hoje no mercado existem vários tipos muito utilizados em instrumentação que necessita de precisão alta dos dados a serem aferidos dos instrumentos.
Podemos e devemos utilizar o aterramento é uma forma de se utilizar para um equipamento eletrônico onde a barra de aterramento passa a ser também o ponto de refecia para a diferença de potencial, ou seja, para um circuito de 5v ,o terra passa a ser o zero do circuito.
4 Cintilação (Efeito Fliker)
O fenômeno de cintiliaçao luminosa, ou efeito fliker é o resultado das variações fluxo luminoso de lâmpadas, o fato onde pode ser constatado visualmente, provocado fadiga aos usuários do ambiente.
Na figura 4 apresenta a forma de onda com o efeito fliker.
Figura 4: Forma de onda com fliker.
4.1 Causas da Cintilhaçao( Efeito Fliker)
A cintilação resulta principalmente das flutuações rápidas de pequenas amplitudes da tensão de alimentação, geradas pelo chaveamento de cargas de elevadas potencia manobra de estágios de banco de capacitores operação de maquinas de solda e fornos a arco, entre outros.
4.2 Soluções do Fliker
Uma das soluções dos problemas em um circuito a forno a arco é usar compensadores estáticos de reativos que podem fazer o controle da tensão através da injeção de reativos uma vez que são grandes consumidores de potencia ativa e reativa.
5 Notching
O efeito notching é um distúrbio periódico de tensão, causado pela má operação de alguns equipamentos de eletrônica de potência, quando a corrente e comutada de uma fase para outra. No momento da transição de
fases ocorre um curto-circuito, que leva a tensão ao menor valor permitido pela impedância do sistema próximo a zero ou também conhecido como micro variações durante uma senoide como mostra a figura 5 abaixo na forma de onda, já na figura 6 a forma de onda é ampliada mostrando visualmente o efeito na forma de onda .
Figura 5:Forma de onda com efeito notching.
Figura 6: Forma de onda ampliada com efeito notching.
5.1 Causas e Efeitos do Notching
Este distúrbio causa interferência de alta frequência que pode afetar equipamentos sensíveis, causando parados, travamentos de dispositivos de armazenamento, entre outros.
Para identificação deste distúrbio necessita de equipamentos especiais, pois a frequência associada e muito alta.
5.2 Soluções do Notching
A solução mais simples para esse distúrbio e normalmente a separação da carga geradora do efeito, das cargas afetadas. Outra solução pode ser a substituição dos equipamentos que geram o efeito notching por outros mais estáveis, como circuito com múltiplos pulsos, por exemplo,
6 Surto de Tensão(Spike)
Esse distúrbio conhecido como surto de tensão ou spike ,nada mais é que o aumento instantâneo da tensão da rede elétrica e tem como causa a elevação de tensão devido a descargas atmosféricas.
A figura 7 mostra o momento através da deformação da senoide o momento que ocorre o surto de tensão.
6.1 Causas do Surto de Tensão e Skipe
As principais causas da ocorrência de um surto podem ser:
Surto induzido ou indireto sua característica e dada pela incidência de descargas atmosféricas que atingem as linhas de transmissão ou distribuição de energia, também pode ser através de descargas em elementos próximos as linhas como exemplo arvores, estruturas metálicas, onde apos uma descarga ondas eletromagnéticas circulam pelos condutores chegando às cargas instaladas.
Surto conduzido ou direto sua característica e dada por uma descarga atmosférica atinge diretamente a instalação ou em pontos muitos próximos da edificação. Com essa situação os eletrodos e os elementos metálicos existentes têm uma elevação de potencial e por frações de segundo o que geram circulações de corrente de surto pela instalação elétrica.
Os efeitos da do surto podem provocar a queima de placas de computadores e de rede, HD, fontes de alimentação, hubs, fiação de rede, telefones, modems etc.
6.2 Soluções Para Surto(Spike)
Temos algumas soluções como o uso de protetores contra sobre tensões chamados Dps e também realizar as equipotencialização das instalações que ajudar a evitar os acidentes por faiscamento ou indução.
7 Considerações Finais
Como observado neste artigo podemos dizer que alguns distúrbios causam grande problemas para processos indústrias e se não forem
identificados podem causar além de grandes estragos nas instalações, no sistema e outros fatores que irão custar muito dinheiro para correção imediata.
Conclusão
Este artigo apresentou alguns tipos de distúrbios elétricos que podem ocorrer devido a erros de projeto como em ruídos ,se os cabos não forrem utilizados corretamente pode provocar esse distúrbio vindo a causar prejuízo aos dados .Os provocados por interferência da natureza como o surto de tensão que ocorre devido a uma descarga atmosférica e algumas soluções para o sistema como o uso de dps .
Observou também que podemos identificar a variação de tensão suas causas e como minimizar os efeitos e algumas soluções básicas para minimizar como o uso de ups. Que os equipamentos eletrônicos provocam deformações na senoinde provocando o distúrbio chamado notching.
A cintilação é um efeito que ocorre devido ao chaveamento de grandes cargas e que pode ser observada visualmente quando uma lâmpada fica piscando.
O trabalho apresentou de forma básica os distúrbios mas afim de mostrar se não for tratado poderá ocorrer grandes perdas no sistema elétrico.
Referências
MARTINHO, Edson. Distúrbios da rede elétrica. 3 ed. rev. São Paulo: Erica, 2013.
BARROS, Benjamin. Geração, transmissão, distribuição e consumo de energia elétrica.1ed.Sao Paulo:erica,2014.
