MEEC - Qualidade de Energia 1
Qualidade de Energia Monitorização e Soluções reparadoras para
problemas de qualidade
Humberto Jorge
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
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Monitorização
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Monitorização
Este tipo de sinais requer instrumentação TrueRMS
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• Espectro harmónico é o gráfico de barras que mostra os distintos harmónicos que formam o sinal, indicando a ordem e a percentagem de cada harmónico no sinal.
Espectro harmónicoEspectro harmónico
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FORMAS DE ONDA
Tensão Sinusoidal Só componente fundamental
Corrente Distorcida Fundamental + Harmónicos
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INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO VALOR EFICAZVALOR EFICAZ
220 Vac
Mede o valor da tensão AC a partir de uma tensão DC que provocao mesmo aquecimento sobre uma resistência R
+-
+V
-V
Detector de verdadeiro AC
0 450
220
Valor promedioVac Vdc
R R
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INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIOINSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO
220 Vac
x 1,11AC
dc
0 450
220
Valor promedio
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INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIOINSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO
220 Vac
x 1,11AC
dc
0 450
220
Valor promedio
175
Formas de onda não sinusoidais podem provocar erros até 50%!
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Multímetro TrueRMS - Multímetro convencional
Convencional
TrueRMS 18,80 A18,80 A
15,04 A15,04 AErro 20 % 20 %
Fe/mFe/m
1,39 1,39
Veff/VmédioVeff/Vmédio
Sinal 5
-400,00
-300,00
-200,00
-100,00
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
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Erros em função de THD
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Erro de medida (%)
THD (%)
(%)
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• Aparelho específico orientado para o enquadramento normativo
• Funcionamento autónomo• Parametrização a gosto• Memória para armazenamento de dados• Software de trabalho• Comunicação com computador• Fácil organização dos dados
MEDIÇÃO DA POLUIÇÃO HARMÓNICA
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Internet ouIntranet
Terminais de apoio à monitorizaçãoe carregamento de dados
Servidor do sistema
Sistema de armazenamento10 a 20 Gigabyte
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HA
RM
ÓN
ICA
S - F
as
e 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
31-Mai 01-Jun 02-Jun 03-Jun 04-Jun 05-Jun 06-Jun 07-Jun
% fundamental
grid 3ª harm 5ª harm 7ª harm 11ª harm THD
Barramento 15 kV-fase R (registo semanal)
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Custos Soluções Reparadoras
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Harmónicos
Soluções reparadoras
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Acções preventivas para harmónicos
• Identificar as fontes de perturbação– O problema está nas harmónicas de corrente ou
tensão?
– Que equipamentos geram conteúdos harmónicos de corrente elevados?
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• Aumento da potência de curto-circuito
• Evitar situações de ressonância
• Aquisição de equipamento com emissão de baixo
teor harmónico
POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas preventivas
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• Filtragem activa e passiva
• “Aumento da potência de curto-circuito”
• Eliminar situações de ressonância
(Transformadores / cabos / condensadores de compensação de reactiva)
POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas correctivas
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Acções preventivas para harmónico
• Alteração da impedância a montante – Impedir que as harmónicas de corrente gerem harmónicas de tensão• Determinar as harmónicas de tensão em diferentes
pontos da instalação (1)
• Redimensionamento das reservas dos transformadores
• Redesenhar os sistemas de alimentação
• Separação de cargas poluentes das não poluentes
• Equipotencializar as malhas de protecção
(1) Esta metodologia é a mais simples, a mais económica e tem a enorme vantagem de terminado este estudo ficarmos a conhecer detalhadamente a instalação, as reservas de potência disponíveis e determinar prioridades de investimento na rede eléctrica
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Acções correctivas para harmónicos
• Utilização de filtros passivos – A utilizar quando fenómenos ressonantes amplificam os conteúdos harmónicos de tensão– O calculo teórico do filtro é indispensável
– O resultado é fortemente dependente do local onde se coloca o filtro
– É uma solução económica e pode ser executada rapidamente
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Filtro Passivo (paralelo)
Elimina a 3ª harmónica
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Filtro passivo (série) (cargas sensíveis)
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Acções correctivas para harmónicos
• Utilização de filtros activos – A utilizar quando se pretende localmente anular as harmónicas de corrente– O filtro é dimensionado para uma carga – aumentar as
cargas anula a eficácia do filtro
– É uma solução de elevado custo que só resolve um problema local
– A montagem é simples e produz resultados imediatos
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Filtros activos
Este filtro injecta componentes harmónicos com fase oposta à das harmónicas reais
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Filtro clássico (circuito LC)
Inconvenientes:Necessidade de instalar tantos filtros como
harmónicas a filtrarVariável no tempoAnti-ressonante (amplificação das componentes de
frequência inferior à frequência a filtrarDificuldade de reforçar a potênciaInteracção entre instalações vizinhas
FILTRAGEM PASSIVA
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Vantagens:Filtragem simultânea em algumas harmónicas
Não varia no tempo
Não tem o fenómeno de ressonância
Sem interacção com instalações vizinhas
Possibilidade de compensar outros fenómenos (flicker,
desequilíbrio)
FILTRAGEM ACTIVA
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Cavas e interrupções
Soluções reparadoras
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Reparação de cavas
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O utilizador deve definir a importância do equipamentose crítico adoptar medidas de protecção que garantam um bom
desempenho do equipamento, se não ponderar a hipótese de tais medidas não serem justificáveis
Não utilizar equipamento problemático Exigir ao construtor as curvas CBEMA do equipamento
Especificar o equipamento
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Soluções reparadoras de cavas e interrupções
Quer se trate duma fonte de energia armazenada ou de uma fonte de energia alternativa, devem ter capacidade para:
entrar rapidamente em funcionamentoestar sempre on-line
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UPS-Uninterruptible Power Supplyon linestandbyhíbridos
Transformadores Ferro-ressonantesArmazenamento de energia
SMES- Superconducting Magnetic Energy StorageFlywheelsSuper condensadores
Geradores (Grupos de emergência)MicroturbinasCélulas combustíveis
Soluções reparadoras de cavas e interrupções
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On-line UPS
A carga é sempre alimentada através da UPS
Mais caras e com mais perdas
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Standby UPS
Tempo de transferência da linha para a bateria é importante
A linha alimenta a carga até ocorrer o distúrbio
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UPS híbridas
Como as standby, mas com regulador de tensão para actuar no momento da transferência
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Transformadores Ferro-ressonantes
Transformadores 1:1 excitados na curva de saturação a saída não é afectada por Vin
AplicaçãoCargas constantes
cargas variáveis resultam em problemas para os CVT
Cargas de pequena potência
Transformadores de Tensão constante - Constante Voltage Transformers)
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SMES- Superconducting Magnetic Energy Storage
Vantagensespaço físico necessário para armazenar o magnete é muito reduzido comparativamente ao necessário para armazenar bateriasmenos ligações do que as necessárias para UPS MAIOR fiabilidadeMENOR necessidade de manutenção
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SMESSuperconducting Magnetic
Energy Storage
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Flywheels
Acumuladores electromecânicos de energia
Compactos - Grande densidade de energia (até 400 Wh/Kg)
Capacidade de débito de grandes correntes
Elevado rendimento (90%)
E=1/2 * I * W2
I - Momento de inércia
W - Velocidade angular
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Super condensadores• Dispositivos armazenadores de energia eléctrica• Aplicação de novas tecnologias aos condensadores• Permitem obter capacidades muito elevadas
– Elevada densidade de energia (4000 Wh/Kg)
– Elevada potência instantânea
• Fabricados a partir de carbono– não tóxico
– relativamente barato
• Longevidade e amigo do ambiente
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Super condensadores
2500 F (7200 J)
160x60x60 mm (720 g)
UPS com super condens. da ESMA
(1 MW durante 1 s)
(100 kW durante 10 s)
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Soluções para o Distribuidor
• Melhor adequação dos meios às novas realidades
• Supressão de perturbações na zona proibida (curva CBEMA)
• Monitorização de circuitos críticos
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Reparador Dinâmico da Onda da Tensão (DVR)
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Soluções para o consumidor
• Mais Informação
• Monitorização de circuitos críticos• Melhor adequação das instalações (+ protecção,
filtragem,...)
• Maior nível de exigência com fornecedores de equipamento e prestadores de serviços
• Melhor nível de manutenção (Medição das terras, reapertos, termografia,...)
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Projectistas
• Conhecer com detalhe a problemática;
• Defender sempre as soluções que conduzam à melhor exploração;
• Utilizar tecnologia adequada a cada caso;
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Algumas sugestões para edifícios
Cabos com 1 neutro por fase ou neutro reforçado
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Algumas sugestões para edifícios
Alimentação independente para circuitos com cargas não lineares (e eventualmente introduzir filtragem)
Projectar com quedas de tensão < 3% em circuitos com cargas sensíveis
Utilizar protecções adequadas (térmica / diferencial / falha de fase / sobretensões...)