Resoluções de exercícios - qualidade de energia elétrica

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QUESTIONÁRIO
Disciplina: Qualidade de Energia Elétrica (Optativa)
Turma: 206N9A 
Nome do aluno:
Quais fatores influenciam na qualidade da energia na distribuição, se considerados os níveis de tensão mantidos dentro de parâmetros preestabelecidos pelo órgão competente?
A continuidade dos serviços.
DEC: Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora
Indica o número de horas em média que um consumidor fica sem energia elétrica durante um período, geralmente mensal.
FEC: Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora
Indica quantas vezes, em média, houve interrupção na unidade consumidora
DIC: Duração de Interrupção por Unidade Consumidora
Indicam por quanto tempo (duração) que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica durante um período considerado.
FIC: Frequência de Interrupção por Unidade Consumidora
Indicam o número de vezes (frequência) que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica durante um período considerado.
DMIC: Duração Máxima de Interrupção por Unidade Consumidora
É um indicador que limita o tempo máximo de cada interrupção, impedindo que a distribuidora deixe o consumidor sem energia elétrica durante um período muito longo.
Simetria do sistema.
Forma de onda.
Qual transiente que é originado na Concessionária de energia elétrica no chaveamento do sistema de potência quando se efetua manobra de uma linha de transmissão sem carga? Descreva esse fenômeno.
Arcos elétricos: Quando ocorrem nas seccionadoras, originam campos irradiados em alta frequência. Prejudicam os equipamentos eletrônicos (inclusive aqueles da subestação que são automatizados).
O que é um acoplamento no sistema elétrico? Descreva com detalhes cada um dos 2 tipos de acoplamento.
Os acoplamentos no sistema elétrico de transmissão, distribuição ou subestação transformadora são geradores de interferências eletromagnéticas.
Acoplamento indutivo (magnético): É o campo magnético produzido por um sistema que induz tensões numa instalação, sendo proporcional à taxa de variação da corrente e à indutância mútua entre circuitos.
Esses acoplamentos podem gerar correntes elétricas circulando entre o equipamento e a terra e diferenças de potencial causadas por tensões induzidas. Tantos os circuitos aéreos como os subterrâneos geram campos eletromagnéticos.
Condições que afetam a intensidade das forças induzidas entre os sistemas emissor e receptor:
-	Afastamento entre os sistemas emissor e receptor; diretamente proporcional.
-	Comprimento dos condutores paralelos entre os sistemas; diretamente proporcionais.
-	Correntes de defeito que aumentem a intensidade das forças induzidas
-	Blindagem do sistema receptor.
Acoplamento capacitivo (eletrostático): É a transferência de energia da instalação emissora para uma instalação localizada na sua vizinhança através de suas capacitâncias próprias e mútuas, sendo diretamente proporcional à taxa de variação da tensão e à impedância entre os circuitos emissor e receptor.
Sobre o sistema de aterramento, descreva as características desse sistema? E os tipos de eletrodo de aterramento?
Sistema de aterramento: Eletrodo de aterramento + condutor + barramento de terra.
Características:
-	Deve existir somente um sistema de aterramento para toda a instalação.
-	Canalização de gás não deve ser utilizada como aterramento.
-	Resistência para o sistema de aterramento deve ser <0,5 ohms (padrão IEEE 1100-1992).
-	A principal função de um sistema de aterramento é proteger os equipamentos da instalação contra descargas atmosféricas, eletricidade estática e outras interferências relacionadas.
Tipos de eletrodo de aterramento:
-	Condutores nu.
-	Hastes ou tubos de aterramento.
-	Fitas ou cabos de aço embutidos nas instalações.
-	Barras ou placas metálicas.
-	Outras estruturas metálicas apropriadas, enterradas no solo.
Na ABNT NBR 5410 (Instalações elétricas de Baixa Tensão) na secção 4.2.2.2 Esquema de aterramento, descreve quais tipos aterramento usados em sistemas trifásicos. Descreva cada um dos sistemas e faço o desenho.
4.2.2.2.1 Esquema TN
O esquema TN possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção. São consideradas três variantes de esquema TN, de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção, a saber:
Esquema TN-S, no qual o condutor neutro e o condutor de proteção são distintos (figura 1);
Esquema TN-C-S, em parte do qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor (figura 2);
esquema TN-C, no qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor, na totalidade do esquema (figura 3).
4.2.2.2.2 Esquema TT
O esquema TT possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodo(s) de aterramento eletricamente distinto(s) do eletrodo de aterramento da alimentação (figura 4).
4.2.2.2.3 Esquema IT
No esquema IT todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância (figura 5). As massas da instalação são aterradas, verificando-se as seguintes possibilidades:
􀊊 massas aterradas no mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, se existente; e
􀊊 massas aterradas em eletrodo(s) de aterramento próprio(s), seja porque não há eletrodo de aterramento da alimentação, seja porque o eletrodo de aterramento das massas é independente do eletrodo de aterramento da alimentação.
Os redutores de resistência são produtos aplicados em torno do eletrodo de aterramento para melhorar as condições de dissipação da corrente elétrica. Cite as principais características dos materiais e os exemplos.
Principais características: Baixa resistividade, propriedade higroscópica (absorve a umidade do ar), estabilidade química, ausência de substâncias corrosivas, assim como de substâncias tóxicas ou agressivas ao meio ambiente.
Exemplos: Sal e carvão mineral, betonita e gel.
Um fator conhecido na geração de energia elétrica, é o fator de capacidade que compara a produção atual do sistema num determinado período de tempo com a quantidade de energia que o sistema poderia ter produzido em plena capacidade.
Considerando que um gerador com capacidade de 1500 KW e teve sua produção em 13.140.000 kWh no ano de 2013. Se este mesmo gerador no ano de 2014 operou apenas 18h por dia. Qual foi o seu fator de capacidade?
E= CAPACIDADE
A=HORAS POR DIA
G= DIAS DO ANO
P=CAPACIDADE
F = FATOR DE CAPACIDADE
Sobre os tipos existentes de transformadores para rede elétrica, cite no mínimo 5 tipos de transformadores existentes, suas características técnicas e empregabilidade de cada um.
-	Transformador de estação e subestação: Geralmente trifásico, primário corresponde à rede de alimentação e secundário entre 600V e 15KV.
-	Transformador de distribuição: Monofásico ou trifásico, usado para rebaixar a tensão proveniente de estações ou subestações para uma tensão adequada à instalação elétrica.
-	Transformador de centro de carga: Alimentador de um grupo de cargas instalado no centro de cargas do grupo.
-	Transformador de luz e força: Utilizado em indústrias para isolar circuitos por motivo de segurança, geralmente de baixa capacidade.
-	 Transformador de serviço: Alimenta consumidores residenciais e comerciais pequenos com tensões inferiores assim como indústrias e comerciais grandes com tensões superiores.
Explique o que é um efeito corona? E como se manifesta.
Nas linhas de AT, o elevado gradiente de tensão produzido na superfície dos condutores aéreos acelera os elétrons do ar em torno deles, provocando a ionização.
O efeito corona manifesta-se quando o gradiente de tensão supera um determinado valor crítico. Gera efeito visível e audível.
Em Linhas de transmissão de energia elétrica este efeito é indesejavel devido a perda de energia no efeito corona e barulho, sem falar que danifica o isolamento interno de componentes elétricos (transformadores,capacitores, geradores e etc).
A carga pulsante são geralmente cargas eletrônicas e apresentam a característica de demanda de energia na forma pulsante. Quais problemas podem ocorrer na qualidade da energia elétrica. Cite 3 causas.
Sags: Devido às correntes de inrush (início de operação).
Distorção harmônica: Se a carga pulsante não é uma senoide perfeita.
Impulsos transientes: Devido o chaveamento de carga pulsante.
2º QUESTIONÁRIO
Disciplina: Qualidade de Energia Elétrica (Optativa)
Turma: 206N9A 
Nome do aluno:
Defina conceitualmente harmônicas em um sistema? Cite no mínimo 07 características da presença de harmônicas? Cite também 10 consequências da presença das hormônicas no sistema em equipamentos elétricos?
Harmônicas são integrais múltiplas da frequência de origem, e formas de onda não lineares são constituídas de componentes de alta frequência. Altera a forma da senoide pura.
Características da presença de harmônicas:
-	Condutores de neutro muito quentes e com corrente elevada.
-	Transformadores quentes e ruidosos.
-	Motores com falhas frequentes e trabalhando com temperatura elevada.
-	UPS (no-break) com falhas frequentes.
-	Geradores de energia com baixo rendimento (50 a 60% da capacidade nominal).
-	Baixo fator de potência na instalação.
-	Relógios elétricos adiantando constantemente
Consequências da presença de harmônicas:
-	Capacitores: queima de fusíveis e redução da vida útil.
-	Motores: redução da vida útil e impossibilidade de atingir potência máxima.
-	Fusíveis/Disjuntores: operação falsa ou errônea e componentes danificados.
-	Transformadores: aumento de perdas, causando redução de capacidade, e diminuição da vida útil.
-	Medidores: possibilidade de medidas errôneas e de maiores contas.
-	Telefones: interferências.
-	Máquinas síncronas: sobreaquecimento das sapatas polares provocado pela circulação de correntes harmônicas nos enrolamentos amortecedores.
-	Acionamentos de fontes: operações errôneas devido a múltiplas passagens por zero, e falha na comunicação de circuitos.
-	Carregamento exagerado do circuito de neutro, principalmente em instalações que agregam muitos aparelhos eletrônicos e possuem malha de terra mal projetadas.
-	Banco de capacitores: podem originar condições de ressonância, caracterizando uma sobretensão nos terminais das unidades capacitivas.
Considerando um fator de desclassificação (K) determinado para certo transformador de potência nominal de 2000 kVA é 1,414. Calcular a máxima potência fornecida por este transformador? E em qual percentual o mesmo foi desclassificado?
K=fator de desclassificação 
Sn = potência nominal
Smáx = máxima potência fornecida
%= Sn – Smáx / Sn. (100%)
Defina o que são sags (dips) e surges (swells)?
Os eventos de tensão são variações na amplitude de tensão e ocorrem na faixa de frequência nominal das redes elétricas, 60Hz.
Definições do IEEE 1159-1995 – práticas recomendadas na monitoração da qualidade de energia elétrica:
-	Um sag(Dip) é o decréscimo entre 0.1 e 0.9 por unidade da tensão nominal (pu) na tensão ou corrente RMS, frequência nominal, com tempo de duração entre 0,5 ciclos e 1 minuto.
-	Um surge (swell) é o aumento entre 1.1 pu e 1.8 pu na tensão ou corrente RMS, em frequência nominal, com tempo de duração entre 0,5 ciclos e 1 minuto.
Defina quais percentuais de tensão pode-se caracterizar uma subtensão e uma sobretensão? E quais são as causas possíveis?
Subtensão é a diminuição na tensão CA RMS para menos de 90% do valor nominal com duração superior a 1 minuto.
Sobretensão é o aumento na tensão CA RMS superior a 110% do valor nominal, com duração superior a 1 minuto.
As condições de subtensão são causadas por instalação mal dimensionada, taps incorretos de transformadores, reguladores de tensão desajustados ou sobrecarga não intencional na rede elétrica.
A sobretensão resulta da baixa regulação no sistema elétrico, regulador desajustado ou por flutuação nas cargas demandadas. A sobretensão causa falha em equipamentos eletrônicos.
Os desiquilíbrios de tensão podem ser definidos como o desvio máximo da média das correntes ou tensões trifásicas divididas pela média das correntes ou tensão trifásicas, expresso em percentual. Tal desiquilíbrio poderá apresentar problemas indesejáveis na operação de alguns equipamentos, cite 3 exemplos e justifique cada um.
-	Motores de indução: Sofre conjugado pulsante no seu eixo além de sobreaquecimento que leva a redução da expectativa de vida útil dos motores.
-	Máquinas síncronas: Aumento de perdas no motor.
-	Retificadores: Geram a terceira harmônica e os seus múltiplos que é indesejável, pois possibilita a manifestação de ressonância não previstas, causando danos a uma série de equipamentos.
Como ocorre o efeito Notching de tensão? Quais fatores influenciam para sua propagação?
Microcortes de tensão (notches) consistem em pequenos cortes periódicos na forma de onda da tensão, que resultam de quedas de tensão nas indutâncias do sistema elétrico, decorrentes de cargas que consomem correntes com variações bruscas periódicas (caso dos retificadores com filtro capacitivo ou indutivo).
Distúrbio de tensão causado pela operação normal de equipamentos de eletrônica de potência quando a corrente é comutada de uma fase para outra.
Ex: Notching causado por conexão frouxa.
O que é efeito flicker? Cite suas consequências nas instalações internas da unidade consumidora.
Cintilação (flicker): Flutuações de tensão entre 0,5 e 25Hz que causam variações visíveis a olho nu na iluminação. É a existência de pequenas e repetitivas quedas de tensão que são causadas por cargas elevadas que solicitam altas correntes por breves e repetidos períodos.
Consequências: Não traz consequências a equipamentos eletrônicos e sim causa um efeito fisiológico desagradável para pessoas.
3º QUESTIONÁRIO
Disciplina: Qualidade de Energia Elétrica (Optativa)
Turma: 206N9A 
Nome do aluno:
O que é blindagem eletromagnética? Quais tipos de materiais podem constituir uma blindagem eletromagnética, e quanto a sua eficiência?
É o método que proporciona a atenuação dos campos eletromagnéticos que incidem sobre uma instalação ou seus equipamentos. A blindagem é uma barreira metálica interposta entre a fonte emissora de ondas eletromagnéticas e o equipamento ou instalação que se quer imunizar contra interferências que essas ondas possam causar.
A blindagem eletromagnética pode ser constituída de material ferromagnético, material condutor não magnético, diamagnético ou paramagnético ou uma combinação de ambos. Quanto menor a frequência do sinal, maior é o poder de penetração do campo magnético na blindagem, exigindo espessura metálica cada vez maior.
O que é um supressor de surto transiente de tensão (TVSS)? Explique os dois tipos básicos de supressores.
É um dispositivo não linear que limita a quantidade dos impulsos transientes de tensão que alcançam a carga. O termo supressor é incorreto pois, na verdade, o dispositivo desvia a energia excedente e limita a sua intensidade na carga.
Grampeadores (clamps): possui um componente não linear, como o MOV (Metal Oxide Varistor) ou diodo de avalanche.
Grampeadores (crowbars): O dispositivo muda de estado de alta para baixa impedância, dirigindo surto para terra quando ocorre uma sobretensão. Ex.: Tubo de descarga à gás.
Cite 3 considerações sobre o dispositivo protetor de linha telefônica?
-	Selecionar o dispositivo protetor em função da classe de tensão que pode variar entre 25V a 150V em corrente contínua.
-	Logo após a atuação, o dispositivo protetor regenera as condições normais da linha telefônica.
-	Um dispositivo protetor pode proteger várias linhas telefônicas, de acordo com o modelo adotado.
Cite 3 principais vantagens na aplicação de um filtro de ruído, ligados no secundário de um transformador?
-	Redução de ruído >= 60 dB.
-	Atenuação do ruído de modo comum de 10KHz a 100KHz.
-	Eficiência mínima de 90%.
Qual a função de um reguladorde tensão? Cite 2 vantagens e desvantagens deste equipamento instalado em uma linha de transmissão. Justifique as repostas.
Mantém a tensão sobre uma carga dentro de limites especificados.
Vantagens: Regulação de tensão em eventos de curta duração (sags e surtos) e eventos de longas durações ( Subtensão e sobretensão).
Desvantagem: Redução da confiabilidade do sistema elétrico, alta relação custo/benefício.
Cite 4 ações desenvolvidas contra os distúrbios por harmônicas? Justifique.
-	Dispor de fontes de alimentação com controle interno de harmônicas e correção do fator de potência.
-	Promover a disposição balanceada das cargas fontes de harmônicas na instalação, de forma a obter corrente senoidal.
-	Adicionar impedância (reatores de linha) e identificar fontes de correntes harmônicas para reduzir suas magnitudes.
-	Acrescentar filtros passivos de harmônicas para controlar frequências harmônicas específicas.
-	Adicionar filtros ativos de harmônicas para reduzir ou eliminar fator de potência e as harmônicas.
-	Utilizar transformadores projetados para tolerar os efeitos de harmônicas.
-	Empregar transformadores que fazem a integração da mudança de fase nas harmônicas e controlam impedâncias de sequência zero.
-	Aplicar os procedimentos da IEEE.
Qual o princípio de funcionamento do filtro ativo para controle de harmônicas?
Os filtros ativos têm a vantagem de compensar os efeitos das harmônicas sem afetar a frequência fundamental. Isso significa que o filtro ativo não introduz ressonâncias que possam diversificar os distúrbios harmônicos conforme frequência aplicada.
O conceito de filtro ativo utiliza a eletrônica de potência para produzir componentes harmônicos que cancelam as harmônicas geradas por cargas não lineares.
Explique o principio de funcionamento do reator de linha ou também chamado de VFD (Variable Frequency Drive) ?
Os Reatores de linha constituem um meio simples e barato para aumentar a impedância da fonte de uma carga isolada (como um comando de frequência variável ou um comando motriz CC de velocidade ajustável). Os reatores são conectados em série com a carga geradora de harmônicos. Ao aumentar a impedância da fonte, reduz-se a magnitude da distorção harmônica de corrente total gerada a partir do reator. No entanto, os valores mais baixos da Distorção Harmônica Total (corrente) normalmente atingidos utilizando reatores de linha são de cerca de 25% a 45% do THD-i original dependendo da impedância total do circuito de entrada