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Afundamento de tensão (ou SAG) - Parte I

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Edição 74 / Março de 2012
Por José Starosta

No contexto do módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição da Agência Nacional de Energia Elétrica (Prodist/ Aneel), o afundamento de tensão, que é tratado na literatura internacional como “voltage sag”, faz parte dos fenômenos definidos como “variação de tensão de curta duração”. A Figura 1 reproduz a tabela 9 do citado documento.

O que se observa nesta Figura 1 é que os afundamentos de tensão são casos particulares de variações momentâneas ou temporárias de tensão. No primeiro caso – afundamento momentâneo de tensão –, a duração do evento tem período entre 1 ciclo a 3 segundos e amplitude de tensão entre 0,1 pu e 0,9 pu, em relação à tensão de referência. No segundo caso – afundamento temporário de tensão –, a duração do evento tem um período de ocorrência de 3 segundos a 3 minutos, com a mesma faixa de variação do item anterior em relação à tensão nominal (0,1 pu a 0,9 pu).

  

Figura 1 – Destaque da classificação das variações de tensão de curta duração. Fonte: Módulo 8 – Prodist tabela 9 / Aneel.

A importância das análises e das medições dos afundamentos de tensão está diretamente relacionada à continuidade de operação das plantas industriais ou dos prédios comerciais e dos equipamentos instalados, uma vez que as cargas possuem restrita tolerância em relação à tensão de alimentação.

Um dos casos mais clássicos é o comportamento das cargas de tecnologia de informação (TI) em situação de alimentação elétrica em desacordo à curva ITIC (Figura 2), que define os limites de operação em relação à tensão de alimentação definido pela envoltória da curva. Os pontos em conformidade encontram-se na área branca da Figura 2, enquanto que os pontos não conformes, ou seja, aqueles relativos a comportamento de tensão x período de ocorrência fora das especificações na alimentação das cargas de tecnologia de informação estão na área colorida.

Figura 2 – Curva ITIC e registros de tensões de alimentação de prédio comercial.

 As medições ou monitoramento do comportamento da tensão e outras variáveis elétricas em determinado sistema de potência, assim como a pesquisa dos afundamentos de tensão, podem ser feitas em qualquer ponto deste sistema ou instalação elétrica, devendo-se tomar cuidado com os instrumentos aplicados. Como o fenômeno é bastante rápido (da ordem de alguns ciclos), é importante que se possa obter cada ciclo com resolução adequada (pelo menos 256 amostras; preferível a partir de 512 amostras/ciclo) e que se possa gravar uma quantidade adequada de ciclos para a comparação dos valores de tensão de referência. É importante notar que a existência de um afundamento em determinado ponto da instalação elétrica não significa que ocorrerá da mesma forma em outro ponto da mesma instalação. Os afundamentos comportam-se como ondas que se propagam pelos seus trajetos nas instalações, atenuadas pelas impedâncias dos próprios circuitos por onde passam.

Ocorrência/medições

Pelas fontes consultadas e observações práticas ilustradas nas Figuras 3 e 4, a origem dos afundamentos podem ser classificadas em:

  • Afundamento externo – de origem externa da instalação que se está tratando ou monitorando.
  • Afundamento interno – de origem na própria instalação.

A causa mais comum de afundamento externo é uma falta à montante com reflexos na tensão de suprimento de outras instalações. É o caso, por exemplo, de um curto-circuito fase-terra no circuito de distribuição em média tensão da concessionária, que causará um afundamento da fase defeituosa na alimentação dos consumidores ligados a este circuito. A situação persistirá até que seja eliminada a causa do defeito (por exemplo; um galho de árvore em contato com partes vivas e terra), ou que haja a atuação da proteção com o desligamento do circuito. A situação é semelhante quando a falta ocorre em um consumidor e verificam-se reflexos nos vizinhos que compartilham a mesma rede.

Os afundamentos por razões internas são em geral provocados por partidas de grandes motores que consomem grandes volumes de energia reativa e que não são suportadas adequadamente pelas redes e circuitos de distribuição, normalmente, em função de baixa potência de curto-circuito do seu conjunto.

Semelhante aos efeitos da cintilação ou flicker, os afundamentos de tensão também ocorrem quando há mudança de fonte de alimentação ou em operação de uma mesma carga por geradores de “back-up” com impedâncias típicas bem maiores (e menores potencias de curto-circuito) que as fontes originais dos transformadores. Nesta situação, a tensão da fonte apresentará pior comportamento quanto maior for a relação entre as duas impedâncias das fontes. A rigor, o fenômeno da cintilação, ou flicker (já tratado por esta coluna), pode ser entendido como uma repetição de vários afundamentos em curtos períodos de ocorrência e observação.

Defeitos internos nas instalações, como faltos ou maus contatos, também podem ser potenciais fontes de afundamentos de tensão.

As Figuras 3a, 3b, 3c apresentam o registro de afundamento de tensão por razões externas. A conclusão é obtida pela análise do consumo de energia reativa, por meio da qual se observa a redução do consumo de energia reativa decorrente do afundamento de tensão. O período de ocorrência do fenômeno foi de aproximadamente 200 ms (portanto, da ordem de 12ciclos, caracterizando-se como variação momentânea de tensão), o valor da tensão eficaz atingiu 0,8 pu.

As Figuras 4a, 4b, 4c apresentam o registro de afundamentos de tensão por razões internas, isto é, o afundamento ocorre decorrente do aumento de consumo de energia reativa. O período de ocorrência do fenômeno foi de aproximadamente 15 ciclos e o valor da tensão eficaz atingiu 0,78 pu.

 

Figura 3a – Registro contínuo de tensões eficazes, potências ativas e reativas em prédio comercial com tensão nominal de 460 V. Destaque de afundamento por razões internas. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

 

Figura 3b – Registro contínuo de tensões eficazes, potências ativas e reativas em prédio comercial com tensão nominal de 460 V. Zoom do destaque da Figura 3a, afundamento de tensão por razoes externas. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

 

Figura 3c – Registro contínuo de tensões eficazes e formas de onda de tensão. Afundamento por razões externas – zoom da Figura 3b. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

  

Figura 4a – Registro contínuo de tensões eficazes, potências ativas e reativas em prédio comercial com tensão nominal de 460 V. Destaque de afundamento por razões internas. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

  

 Figura 4b – Registro contínuo de tensões eficazes e potências reativas em prédio comercial com tensão nominal de 460 V. Zoom do destaque da Figura 4a, afundamento por razões internas. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

   

Figura 4c – Registro contínuo de tensões eficazes e formas de onda de tensão. Zoom da Figura 4b. Afundamento por razões internas. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

 Continua na próxima edição. 

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