Suportabilidade de equipamentos eletrodomésticos frente a ... · unidade consumidora em baixa tensão está entre 1,2 a5kA. • Esse valor é excedido em apenas 15% dos casos

Suportabilidade de equipamentos eletrodomésticos frente a

distúrbios de qualidade da energia elétrica

O que é?

Diz respeito à tolerância dos equipamentos frente a

distúrbios da qualidade da energia elétrica

fornecida.

Contexto e importância: Consumidor

• Equipamentos cada vez mais sensíveis às variações na forma de onda datensão fornecida, principalmente os que possuem controles baseados emmicroprocessadores e dispositivos eletrônicos.

• Distúrbios na qualidade da energia podem causar má operação, redução da vidaútil e até queima dos equipamentos dos consumidores.

Contexto e importância: Concessionária

• Conflito entre consumidores e concessionárias.

• Disseminação do conhecimento dos direitos do consumidor, que tem, cada

vez mais, considerado a energia elétrica como um direito, ao invés de um

produto. Mesmo interrupções sem grandes consequências geram muitas

reclamações de consumidores.


• Número de pedidos de ressarcimento aumentou muito nos últimos anos,

seja eles de boa ou má fé.

• Aumento alarmante de indenizações pagas pela concessionária.


• A concessionária muitas vezes, opta por pagar

as despesas para evitar desgaste perante o

público consumidor.


• Dificuldade em avaliar a consistência dos pedidos de ressarcimento.

Normalmente baseados em laudo técnico de uma assistência autorizada,

que sugere uma possível origem para o defeito.


• Ausência de registros das grandezas elétricas associadas com a maioria

das ocorrências e, tampouco, processos sistematizados que permitam

correlacionar os fenômenos com os padrões de suportabilidade dos

produtos.

Tipos de suportabilidade

• Suportabilidade dielétrica

• Suportabilidade térmica

Os impactos de tensão devem ser analisados à luz da suportabilidade dielétrica e os relacionados com a corrente devem ser comparados com

a suportabilidade térmica correspondente [2].

Curva de suportabilidade

As curvas de suportabilidade estabelecem os níveis de tensão ou corrente que,

estatisticamente, apresentam alta probabilidade de ocasionar danos físicos nos

aparelhos eletroeletrônicos.

Porém, ainda são extremamente embrionárias e não oferecem, até o momento,

a confiabilidade desejada.

Confiabilidade das curvas de suportabilidade

As dificuldades detectadas envolvem questões como:

• diversidade de fabricantes de produtos similares

• inexistência de normas a serem atendidas

• tempo de uso dos produtos.


● Caso o fenômeno ocorrido na rede conduza a valores de tensão ou corrente abaixo da curva indicada, então se tem uma condição operacional sem riscos probabilísticos de danos.


● Todavia, caso o distúrbio tenha conduzido a um ponto acima da curva, isto

poderá ocasionar uma eventual falha do produto.

Região 1:

● Transitórios impulsivos de alta frequência que tipicamente ocorrem a

partir da incidência de descargas atmosféricas .

Pode ser descrita matematicamente como:

Região 2:

• Transitórios oscilatórios de baixa frequência (duração característica de aproximadamente ¼

ciclo), até elevações de tensão com amplitudes de até 100% acima da tensão nominal RMS

com duração do distúrbio de 30 ciclos.

Pode ser descrita matematicamente como:

Região 3:

Esta região caracteriza as tolerâncias em regime permanente, com

aplicação de uma tensão eficaz constante máxima de 10% acima do valor

nominal por um período indefinido de tempo.

Suportabilidade dielétrica

Limite máximo de tensão suportada pelo equipamento dado uma

certa duração, acima do qual a capacidade de isolamento do

aparelho seria violada, causando danos ao mesmo.

Curva CBEMA

● Conceito de suportabilidade surgiu no final da

década de 70, a partir de estudos feitos por

Thomas Key.

● A curva CBEMA fornece os limites de

tolerância para computadores frente aos

distúrbios de tensão no sistema elétrico.

CURVA ITIC

• A curva ITIC é uma revisão e modificação da

curva CBEMA.

• Caracteriza melhor a sensibilidade de outros

equipamentos eletroeletrônicos (e não somente

dos computadores).

• É utilizada como referência pela maioria das

publicações relacionadas ao tema.

Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica

Ensaio de caráter destrutivo, onde aplica-se

valores de tensão e verifica-se o tempo decorrido

até que a suportabilidade dielétrica do

equipamento ser ultrapassada, ocasionando

danos.

O valor da tensão aplicada e o tempo decorrido

até a ocorrência do dano no equipamento é um

ponto da curva (Tensão x tempo) .

Obtenção da Curva de suportabilidade dielétrica

● Discretização do período de duração do distúrbio.

● Cálculo de um indicador que represente o efeito

cumulativo da tensão para cada instante através da

equação ao lado:

Ar Condicionado

Condição: Sobretensões moderadas ( em torno de 540 V)

Duração: 48 - 80 s.

Condição: Sobretensões extremas ( em torno de 1,8 kV)

Duração: 8 - 44 ms.

Ar Condicionado: Suportabilidade dielétrica

Outros eletrodomésticos

* Apenas obtenção de pontos da curva de suportabilidade dielétrica.

Aparelho de som

Aparelho de Som

Suportabilidade térmica

Limite máximo de corrente suportada pelo equipamento dada certa

duração, acima do qual os limites térmicos do aparelho seriam

violados causando danos ao mesmo.

Obtenção da Curva de suportabilidade térmica

i(t): valor instantâneo da corrente (A), responsável pela dissipação da energia térmica máxima

admissível pelo equipamento.

TD: intervalo de tempo (s), durante o qual o equipamento foi submetido ao esforço de corrente.

J: energia máxima admitida pelo equipamento.


A constante TD é obtida observando-se a forma de onda da corrente no equipamento, sendo contabilizada como o intervalo de tempo decorrido desde a ocorrência do valor de pico da corrente até a ocorrência do dano no equipamento.

Neste exemplo (aparelho de som): TD = 9,38 μs I = 4,58 kA

Neste exemplo (aparelho de som):

J = 69,69 A2s

Eleva-se os valores instantâneos da corrente no

equipamento ao quadrado.

A energia máxima suportada pelo equipamento é

obtida calculando-se a área demarcada na figura.

• O instante da ocorrência do pico máximo é o limite inferior, sendo considerado como t = 0.

• TD é o limite superior da integral.



Após conhecido o valor da constante J, basta obter para cada espaço de

tempo de exposição aos esforços o correspondente valor de corrente pela

fórmula abaixo:


Curvas de suportabilidade térmica de alguns equipamentos

[10]

Causa típica de distúrbios

[5]

Distúrbio Causa típica

Sobretensões e subtensões

transitórias

Descargas atmosféricas, partida de grandes motores,

manobras de chaveamento na rede de distribuição, etc.

Sobretensões e subtensões

momentâneas

Falhas no sistema de distribuição, variações bruscas de carga,

disfunções nos equipamentos da concessionária.

Interrupção ou subtensão

sustentada

Excessivo carregamento do sistema elétrico, grandes

variações de cargas, disfunções nos equipamentos da

concessionária.

Descargas atmosféricas

• Intensidade da corrente do raio pode variar entre

2 e 200 kA, com duração na faixa de dezenas de

microsegundos.

• Geram ondas de sobretensão que podem se

propagar pela rede de distribuição e causar

danos em equipamentos eletroeletrônicos..

[1]

Descargas atmosféricas

• O valor médio da corrente de surto que atinge uma

unidade consumidora em baixa tensão está entre 1,2

a 5 kA.

• Esse valor é excedido em apenas 15% dos casos

• A probabilidade de ocorrência de uma corrente com

valor superior a 25 kA na entrada do consumidor numa

localidade com altas incidência de raios é de 1

ocorrência a cada 4115 anos.

.

[1]

Efeitos dos distúrbios

Tudo isto resulta em efeitos econômicos não desprezíveis, acarretando em prejuízos tanto

às concessionárias quanto aos consumidores.

• acionamento indevido de relés

• mau funcionamento de equipamentos sensíveis

• distorções em equipamentos de medição

• interrupção do fornecimento de energia.

• entres outros

Efeito dos distúrbios : Afundamento de tensão

• a corrente solicitada pelo televisor se anula,

permanecendo nesta condição por quase toda

a duração do fenômeno.

• ocorre um pico de corrente de cerca de 7

vezes o valor nominal quando a tensão é

restabelecida.

• condição de regime permanente restabelecida

após alguns ciclos.

Condição: 60% da tensão nominal com duração de 10 ciclos

Televisor

Efeito dos distúrbios: Interrupção de tensão

• a corrente solicitada pelo televisor se anula,

permanecendo nesta condição por toda a

duração do fenômeno.


vezes o valor nominal quando a tensão é

restabelecida.

• condição de regime permanente

restabelecida após alguns ciclos.

Condição: Interrupção com duração de 10 ciclos.

Televisor

Efeito dos distúrbios: Elevação de tensão

• nos instante da elevação ocorre um pico de

corrente de cerca de 8 vezes o valor

nominal.

• ao término da perturbação a corrente se

anula por alguns ciclos, assumindo os

valores de regime permanente em seguida.

• condição de regime permanente

restabelecida após alguns ciclos.

Condição: 120% da tensão nominal com duração de 10 ciclos

Televisor

Efeito dos distúrbios: Transitórios oscilatórios


vezes o valor nominal em reposta à elevação

súbita na tensão de fornecimento

• ao término da perturbação a corrente se anula

por alguns ciclos, assumindo os valores de

regime permanente em seguida.

• condição de regime permanente restabelecida

após alguns ciclos.

Condição: transitório oscilatório com duração menor que ¼ ciclo.

Televisor

Televisor - Suportabilidade dielétrica

[2]

Televisor - Suportabilidade térmica

Televisor: Suportabilidade à Sobretensão

Condições: frequência 60 Hz, tensão aumentada gradativamente até o equipamento apresentar algum

dano(ensaio destrutivo - pontos da curva de suportabilidade dielétrica).

Tensão (pu)

tempo(s)

Televisor

1,9 1,00 PHILCO USADA DE 14”

2,0 0,78 PHILCO USADA DE 20”

1,9 0,27 PHILIPS USADA DE 20”

2,0 0,50 TOSHIBA USADA DE 29”

1,9 0,28 PHILIPS NOVA DE 21”

Danos na fonte de alimentação: dano por estresse térmico

(fusível queimado) e por estresse dielétrico (capacitor

estourado).

Televisor: Suportabilidade à Descargas atmosféricas

Condições:

• impulso de tensão (1,2 μs para atingir o valor máximo,

diminuindo aos 50 μs à metade do valor de pico).

• impulso de corrente (8 μs para atingir o valor máximo,

diminuindo aos 20 μs, à metade do valor de pico).

Televisor - Suportabilidade à Descargas atmosféricas

Danos na fonte de alimentação: fusível foi umcomponente danificado em todos os ensaiosrealizados e em apenas um caso a chave Powerdanificada (Panasonic).

Tensão (VMÁX)

Corrente(A)

tempo(µs)

Televisor

3862 3080 6,76 LG USADA DE 20”

3980 3340 7,25 PHILLIPS NOVA DE 21”

5287 2990 11,1 PHILLIPS NOVA DE 29”

2800 3142 12,0 TV PHILLIPS USADA DE 29”

4665 3942 11,38 PANASONIC NOVA DE 29”

Televisor - Outras referências

Tipo de estudo Resultados Referência

Transitórios impulsivos de tensão 0,5 a 6 kV Danos a partir de 4 kV [6]

Distorção harmônica e interharmônicos Sensibilidade na qualidade da imagem e aquecimento de componentes internos

[7]

Afundamentos de tensão Sensibilidade para afundamentos abaixo de 0,4 pu com duração superior a 5 ciclos

[8]

Afundamentos de tensão Disfunções para afundamentos abaixo de 0,2 pu com duração superior a 10 ciclos

[9]

Computador

suportabilidade dielétrica (com e sem estabilizador)

Computador

suportabilidade térmica (com e sem estabilizador)

Computador

Componentes mais danificados:


Máquina de lavar

• Maior sensibilidade às distorções harmônicas de tensão: interrupção do processo de centrifugação.


Refrigerador

• Maior sensibilidade a afundamentos e interrupções momentâneas de tensão.

• Em relação à interrupções momentâneas suporta até 7 ciclos sem desligar.

Outros eletrodomésticos: Conclusões

• A análise da suportabilidade dos eletrodomésticos é ainda muito subjetiva, faltam

métodos e padrões mais elaborados.

• Existe grande dificuldade em se definir os limites de suportabilidade de um

eletrodoméstico, pois os resultados variam muito e dependem de vários fatores,

sendo difícil a obtenção resultados conclusivos.

• Comparações entre os limites de suportabilidade de diferentes eletrodomésticos

tem pouco significado.

Referências[1] TAVARES, CARLOS E., Uma estratégia para análise técnica de pedidos de ressarcimento de danos a consumidores. 2008. 181 f. Tese (Doutorado em

Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, Maio de 2008.

[2] ÁVILA, CLAUDINEI J., Curvas de suportabilidade dielétrica e térmica para televisores integradas ao APR e ao banco de dados da CEMIG Distribuição

S.A. 186 f. Dissertação (Mestrado em Ciências), Universidade Federal de Uberlândia, 2012.

[3] MARTINS, ELDÉCIO ANTÔNIO, Elaboração de Curvas de Suportabilidade para Microcomputadores e Estudo de Desempenho de Dispositivos

Mitigadores para Subsidiar os PID’s, Uberlândia, MG. UFU, Tese de Mestrado - 2012.

[4] BORGES, JONMIL MARQUES, Desenvolvimento de uma metodologia para análise de ressarcimento de aparelhos de som, associados aos distúrbios

na rede elétrica da CEMIG. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, 2012.

[5] MIELCZARSKI, W. Quality of electricity supply in competitive electricity markets. In: III CONGRESSO LATINO AMERICANO DE DISTRIBUIÇÃO DE

ENERGIA ELÉTRICA (CONLADIS), 3., 1998, São Paulo. Anais... São Paulo, set. 1998.

[6] SMITH, STHEPHEN B. AND STANDLER, RONALD B., “The Effects of Surges on Eletronic Appliances”, IEEE Transation on Power Delivery, vol. 7, pp.

1275 – 1282, julho de 1992.

[7] FUCHS, E. F., ROESLER, D. J. E KOVACS, K. P., “Sensibility of Eletrical Appliances to Harmonics and Fractional harmonics of the Power Systems

Voltage. Part: Television sets, Induction Wathour and Universal Machines”, IEEE Transaction on Power Delivery, vol. PWRD-2,, pp. 1275 – 1282, abril de

1987.

Referências[8] TAVARES, C. E., Modelagem e análise de desempenho de equipamentos eletroeletrônicos diante de distúrbios de qualidade da energia. Uberlândia,

MG. UFU, Dissertação de Mestrado - Maio, 2004.

[9] OLIVEIRA, HERMES R. P. M. et al. Sensibilidade de equipamentos eletrodomésticos submetidos a afundamentos de tensão. XVIII SNPTEE (

Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica). 16 a 21 de Outubro de 2005, Curitiba, Paraná.

[10] GONDIM, ISAQUE N. Contribuição para o aplicativo APR: Novos limites de suportablidade, perturbações via medições e sistematização no

processo da configuração da rede elétrica. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Agosto, 2012.

[11] MENDONÇA, MARCUS V. B.. Contribuição ao processo computacional para análise de pedidos de indenização por danos em equipamentos

elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Tese de Doutorado - Março, 2010.

[12] REZENDE, PAULO H. O.. Uma proposta de modelagem de condicionadores ar split visando a análise de pedidos de ressarcimento por danos

elétricos. Uberlândia, MG. UFU, Dissertação de mestrado - Agosto, 2012.

FIM

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