Qualidade de Energia
Monitorização e Soluções reparadoras para
problemas de qualidade
Humberto Jorge
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
MEEC - Qualidade de Energia
1
Monitorização
MEEC - Qualidade de Energia
2
Monitorização
Este tipo de sinais requer
instrumentação TrueRMS
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Espectro harmónico
• 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.
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FORMAS DE ONDA
Tensão Sinusoidal
Corrente Distorcida
Só componente fundamental
Fundamental + Harmónicos
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INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO
VALOR EFICAZ
+V
220 Vac
+
-
R
220
0
R
Vdc
Vac
450
Valor promedio
-V
Detector de verdadeiro AC
Mede o valor da tensão AC a partir de uma tensão DC que provoca
o mesmo aquecimento sobre uma resistência R
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INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO
220 Vac
dc
220
0
450
Valor promedio
AC
x 1,11
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INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO
Formas de onda não sinusoidais podem provocar erros até 50%!
220 Vac
dc
175
220
0
450
Valor promedio
AC
x 1,11
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Multímetro TrueRMS - Multímetro convencional
S in a l 5
4 0 0 ,0 0
3 0 0 ,0 0
2 0 0 ,0 0
1 0 0 ,0 0
0 ,0 0
- 1 0 0 ,0 0
- 2 0 0 ,0 0
- 3 0 0 ,0 0
- 4 0 0 ,0 0
Veff/Vmédio
Fe/m
1,39
TrueRMS
Convencional
18,80 A
15,04 A
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Erro
20 %
9
Erros em função de THD
160
(%)
140
120
Erro de medida (%)
100
80
60
THD (%)
40
20
0
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MEDIÇÃO DA POLUIÇÃO
HARMÓNICA
• 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
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Sistema de armazenamento
10 a 20 Gigabyte
Terminais de apoio à monitorização
e carregamento de dados
Servidor
do sistema
Internet ou
Intranet
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Barramento 15 kV-fase R
(registo semanal)
% fundamental
3
2,5
2
HARMÓNICAS - Fase 0
1,5
1
0,5
0
31-Mai
01-Jun
grid
02-Jun
3ª harm
03-Jun
5ª harm
04-Jun
7ª harm
05-Jun
11ª harm
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06-Jun
07-Jun
THD
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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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POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas
preventivas
• Aumento da potência de curto-circuito
• Evitar situações de ressonância
• Aquisição de equipamento com emissão de baixo
teor harmónico
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POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas
correctivas
• Filtragem activa e passiva
• “Aumento da potência de curto-circuito”
• Eliminar situações de ressonância
(Transformadores / cabos / condensadores de
compensação de reactiva)
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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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FILTRAGEM PASSIVA
Filtro clássico (circuito LC)
Inconvenientes:
Necessidade de instalar tantos filtros como
harmónicas a filtrar
Variável no tempo
Anti-ressonante (amplificação das componentes de
frequência inferior à frequência a filtrar
Dificuldade de reforçar a potência
Interacção entre instalações vizinhas
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FILTRAGEM ACTIVA
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)
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Cavas e interrupções
Soluções reparadoras
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Reparação de cavas
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Especificar o equipamento
O utilizador deve definir a importância do equipamento
se 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
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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 funcionamento
estar sempre on-line
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Soluções reparadoras de cavas e interrupções
UPS-Uninterruptible Power Supply
on line
standby
híbridos
Transformadores Ferro-ressonantes
Armazenamento de energia
SMES- Superconducting Magnetic Energy Storage
Flywheels
Super condensadores
Geradores (Grupos de emergência)
Microturbinas
Células combustíveis
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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
A linha alimenta a carga até ocorrer o distúrbio
Tempo de transferência da linha para a bateria é importante
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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 de Tensão
constante - Constante Voltage
Transformers)
Transformadores 1:1 excitados na
curva de saturação  a saída não
é afectada por Vin
Aplicação
Cargas constantes
cargas variáveis resultam em
problemas para os CVT
Cargas de pequena potência
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SMES- Superconducting Magnetic Energy Storage
Vantagens
espaço físico necessário para
armazenar o magnete é muito
reduzido comparativamente ao
necessário para armazenar
baterias
menos ligações do que as
necessárias para UPS
MAIOR fiabilidade
MENOR necessidade de
manutenção
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SMES
Superconducting 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...)
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