Quedas de tensão podem levar a grandes problemas – por exemplo, a desistência dos processos de produção e a problemas de qualidade do produto ou processo. Tais quedas de tensão surgem com muito mais frequência do que interrupções, porém em muitos casos não identificadas. Os efeitos comerciais das quedas de tensão são seriamente subestimados repetidamente.

Mas o que realmente é uma queda de tensão? Como surge uma queda de tensão? Uma queda de tensão pode ser evitada ou devemos tentar limitar os danos consequentes através de uma identificação oportuna? Esses tópicos serão tratados com mais detalhes neste artigo.

De acordo com a norma europeia EN 50160, uma queda de tensão é uma diminuição repentina do valor da tensão efetiva para um valor entre 90% e 1% do valor nominal estipulado, seguida da recuperação “imediata” dessa tensão. A duração de uma queda de tensão fica entre meio período (10 ms com grades de 50 Hz) e um minuto.

Se o valor efetivo da tensão não cair abaixo de 90% do valor nominal estipulado, isso é considerado condições normais de operação. Se a tensão cair abaixo de 1% do valor nominal, isso é considerado uma interrupção de tensão.

Portanto, uma queda de tensão não deve ser confundida com uma interrupção. Uma interrupção surge, por exemplo, após o disparo de um disjuntor (tip. 300 ms). A falha de energia da rede é propagada por toda a rede de distribuição restante como uma queda de tensão.

Fig. 1: Exemplo de queda de tensão

Fig. 2: Diferença entre queda de tensão, subtensão e interrupção

Uma causa conhecida de pequenas quedas de tensão são as correntes de partida ou de partida para capacitores, motores e outros dispositivos. No diagrama a seguir pode-se observar que a corrente aumenta brevemente quando o motor dá partida. A corrente de inrush leva a uma queda de tensão nas impedâncias Z e Z1. No entanto, leva a uma queda de tensão menor no barramento de baixa tensão (zona de queda 1) e uma queda de tensão um pouco maior atrás da impedância Z1 (zona de queda 2).

A possível melhoria deste fenômeno está na otimização do próprio sistema, ou seja, a ativação de cargas elétricas não deve levar a quedas críticas de tensão. As soluções típicas são equipamentos de partida adequados, por exemplo, contatores de capacitores para PFC ou soft starters para motores, mas também pode ser o aumento da potência de curto-circuito (reduzindo a impedância), por exemplo, maior seção transversal do cabo, mudança do ponto de conexão para níveis de rede mais altos, interruptor e transformador mais fortes.

Fig. 3: A “partida” de grandes cargas, por exemplo, motores, pode levar a quedas de tensão

Uma corrente muito alta flui no caso de um curto-circuito na rede de baixa tensão. O pico da corrente de curto-circuito depende do valor das impedâncias Z e Z3. Na prática, a impedância Z3 é a maior e dominante. O valor da impedância Z3 é determinado pelo tipo (seção transversal, material) e comprimento do cabo, entre outras coisas. Quanto maior o comprimento do cabo, menor a corrente de curto-circuito devido a uma maior impedância. A corrente de curto-circuito causa uma queda de tensão na impedância Z, pelo que a tensão no barramento de distribuição principal de baixa tensão colapsa brevemente (zona de queda 1).

Em caso de curto-circuito, o disjuntor do grupo 3 deve ser desarmado. Se levar mais de 100 ms para o disjuntor desarmar, a tensão cairá profundamente em todo o sistema por 100 ms.

Fig. 4: Exemplo típico de uma situação operacional onde ocorre uma queda de tensão devido a um curto-circuito na rede de baixa tensão

Na maioria das vezes, as quedas de tensão são causadas na rede de média tensão. As causas-raiz típicas são as seguintes:

• Obras rodoviárias
• Escavação e terraplenagem
• Flashover em um acoplamento de conexão
• Envelhecimento do cabo
• Curto-circuito nas linhas de transmissão aéreas (danos causados ​​por tempestades, animais, etc.)
• Queda de raios

O diagrama a seguir mostra um exemplo típico para o projeto de uma rede de média tensão. As subestações transformadoras / subestações secundárias locais (pontos verdes) são ligadas entre si em um anel e conectadas a uma subestação principal de distribuição (pontos azuis). O anel está aberto em algum ponto (veja o lado inferior direito do anel do ponto verde). Se houver um curto-circuito, uma corrente de curto-circuito fluirá (linha vermelha). Este fluirá até que o disjuntor na subestação principal de distribuição desligue o anel. Isso pode ser visto no diagrama da esquerda (no anel superior esquerdo).

Assim, durante o curto-circuito, haverá uma alta corrente fluindo brevemente. Devido à impedância da rede, isso resulta em uma redução de curto prazo da tensão em toda a rede. Este abaixamento de curto prazo da tensão é perceptível como uma “queda de tensão”.

Cerca de 75% de todas as quedas de tensão ocorrem na rede de média tensão. Muitas vezes, estes não podem ser evitados pelo consumidor.

Fig. 5: A maioria das quedas de tensão são causadas por curtos-circuitos na rede de média tensão

Curtos-circuitos na rede de alta tensão não são tão comuns, mas, caso aconteçam, muitas vezes são causados ​​por tempestades ou comutadores (defeituosos). Este último principalmente nas áreas no final de uma linha de alta tensão.

Quedas de tensão podem levar à falha de sistemas de computador, sistemas PLC, relés e conversores de frequência. Com processos críticos, apenas uma única queda de tensão pode resultar em altos custos, os processos contínuos são particularmente afetados por isso. Exemplos disso são processos de moldagem por injeção, processos de extrusão, fábricas de cabos e semicondutores, processos de impressão ou a preparação de alimentos como leite, cerveja ou refrescos.

Os custos de uma queda de tensão são compostos por:

• Perda de lucros devido à paralisação da produção
• Custos para recuperar a produção perdida
• Custos por atraso na entrega de produtos
• Custos de desperdício de matéria-prima
• Custos por danos a máquinas, equipamentos e moldes
• Custos de manutenção e pessoal

Os custos médios de uma única queda de tensão variam muito de um setor para outro:

• Química fina € 190.000
• Microprocessadores € 100.000
• Processamento de metal € 35.000
• Têxteis € 20.000
• Alimentos € 18.000

Às vezes, os processos são executados em áreas não tripuladas nas quais as quedas de tensão não são notadas imediatamente. Neste caso, uma máquina de moldagem por injeção, por exemplo, pode parar completamente despercebida. Se isso for descoberto mais tarde, já haverá uma grande quantidade de danos. O cliente recebe os produtos muito tarde e o plástico da máquina endureceu. Com editoras ou na indústria de papel, o papel pode rasgar ou até mesmo causar um incêndio. http://www.rtvoost.nl/nieuws/default.aspx?nid=119051

Os sistemas de TI são particularmente suscetíveis a quedas de tensão e interrupções de tensão. Isso significa que todos os processos controlados por microprocessadores são vulneráveis ​​a esse tipo de interferência, por exemplo

• Sistemas PLC
• Conversores de frequência
• Controladores de máquinas
• Servidores em data centers
• PC
• etc.

A curva ITI-CBEMA criada pelo Information Technology Industry Council define quando uma queda de tensão levará à falha dos dispositivos de TI e quando um pico de tensão resultará em danos aos dispositivos de TI. Embora o modelo tenha sido desenvolvido para redes de 120-V-60-Hz, ele também pode ser aplicado a dispositivos conectados a redes de 230-V-50-Hz. O modelo pode ser usado pelos fabricantes como uma diretriz de projeto.

Fig. 6: A curva ITI (CBEMA) estipula quando uma queda de tensão resultará na falha dos dispositivos de TI

Em algumas situações, as quedas de tensão causadas pelas correntes de partida podem ser evitadas através de um melhor projeto do sistema técnico. Quedas de tensão causadas por curtos-circuitos na rede de baixa tensão são geralmente bastante raras. A maioria das quedas de tensão são causadas por curtos-circuitos na rede de média tensão. Não há nada que possa ser feito para combater as causas dessas quedas.

As próprias gotas podem ser evitadas com:

• UPS estático, uma fonte de alimentação DC com um inversor a jusante. Esta solução é frequentemente empregada como uma ponte para um gerador de energia de emergência.
• UPS contínuo, volante funcionando com a carga (UPS dinâmico). A energia é extraída do volante no caso de uma breve interrupção ou queda de tensão. Esta solução não é barata e é frequentemente empregada em data centers.
• Conexão de sistemas de controle e regulação para um processo a uma fonte de alimentação estabilizada.
• Retrabalho da infraestrutura elétrica. Isso nem sempre é possível e certamente não é barato.

A partir disso, podemos concluir que a retificação de quedas de tensão não é um negócio barato. Pode ser muito eficaz detectar quedas de tensão em um estágio inicial. Com boas ferramentas de relatório, as causas-raiz podem ser identificadas e, assim, permitir a implementação de medidas direcionadas (e mais econômicas).

Fig. 7: O analisador de rede compacto UMG 604 está predestinado para a sinalização de quedas de tensão

A Janitza oferece uma ampla gama de analisadores capazes de identificar interrupções de curto prazo e quedas de tensão. O analisador de rede UMG 604 monitora continuamente mais de 800 parâmetros elétricos. Todos os canais são amostrados 20.000 vezes por segundo e isso permite que interrupções e quedas de tensão de curto prazo sejam sinalizadas e gravadas. Um e-mail ou um SMS pode ser enviado com base nesses eventos. Um relatório abrangente pode ser gerado com o pacote de software GridVis-Basic incluído.

Ao dispor o UMG 604 no campo de fornecimento, tem-se uma solução abrangente e econômica para identificar, registrar, alertar e relatar quedas de tensão. O dispositivo de medição está equipado com um navegador WEB que oferece a facilidade de acessar os parâmetros mais importantes diretamente do dispositivo de medição sem grandes investimentos e sem programas de software complexos. As interrupções e quedas de tensão podem ser analisadas e compiladas em relatórios com o Event-Browser integrado.

• UMG 604, um analisador de rede compacto para montagem em trilho DIN top-hat
• UMG 508, um analisador de rede com tela colorida interativa intuitiva para montagem em painel
• UMG 605, um analisador de qualidade de rede classe A para montagem em trilho DIN top-hat
• UMG 511, um analisador de qualidade de rede classe A com tela colorida para montagem em painel

A licença básica GridVis (GridVis-Basic) é fornecida gratuitamente junto com os dispositivos de medição Janitza. Entre outras coisas, o seguinte é possível com este pacote de software:

• Lendo valores de medição em tempo real
• Recuperando dados históricos de medição em arquivos e gráficos
• Analisando interrupções de curto prazo, transientes e quedas de tensão
• Imprimindo relatórios completos da EN 50160 com o apertar de um botão
• Geração de relatórios de boas/falhas.

Com o gerador de relatórios integrado, é possível compilar relatórios concisos periodicamente, fornecendo uma visão geral das quedas de tensão, interrupções de curto prazo e picos de tensão ocorridos por meio da curva ITI (CBEMA).s

No diagrama abaixo é possível ver que ocorreram três quedas de tensão, resultando em uma falha do sistema.

Fig. 9a: Você mesmo pode realizar análises abrangentes com o GridVis.

Fig. 9b: Você mesmo pode realizar análises abrangentes com o GridVis.

As quedas de tensão surgem com relativa frequência e nem sempre são identificadas. Os danos comerciais causados ​​por quedas de tensão são maiores do que os causados ​​por interrupções. Uma gama de quedas de tensão pode ser reduzida retrabalhando a infraestrutura elétrica. A aplicação de fontes de alimentação ininterruptas ou indutores pode reduzir as consequências das quedas de tensão. Em alguns casos, porém, essas medidas são muito caras. O primeiro passo, porém, é sempre a identificação e documentação das quedas de tensão. A Janitza oferece soluções completas que monitoram e analisam continuamente processos operacionais completos de forma sustentável e segura. Com a aplicação de modernas tecnologias de medição, problemas com a qualidade de energia podem ser identificados e prevenidos em tempo hábil. É garantido um aumento da segurança do aprovisionamento.

Janitza electronics GmbH – Whitepaper Voltage drops.pdf