MEEC - Qualidade de Energia1 Qualidade de Energia Monitorização e Soluções reparadoras para problemas de qualidade Humberto Jorge Mestrado em Engenharia

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


Monitorização


Monitorização

Este tipo de sinais requer instrumentação TrueRMS


• 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


FORMAS DE ONDA

Tensão Sinusoidal Só componente fundamental

Corrente Distorcida Fundamental + Harmónicos


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


INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIOINSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO

220 Vac

x 1,11AC

dc

0 450

220

Valor promedio


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%!


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


Erros em função de THD

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Erro de medida (%)

THD (%)

(%)


• 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


Internet ouIntranet

Terminais de apoio à monitorizaçãoe carregamento de dados

Servidor do sistema

Sistema de armazenamento10 a 20 Gigabyte


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)


Custos Soluções Reparadoras


Harmónicos

Soluções reparadoras


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?


• Aumento da potência de curto-circuito

• Evitar situações de ressonância

• Aquisição de equipamento com emissão de baixo

teor harmónico

POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas preventivas


• 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


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


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


Filtro Passivo (paralelo)

Elimina a 3ª harmónica


Filtro passivo (série) (cargas sensíveis)


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


Filtros activos

Este filtro injecta componentes harmónicos com fase oposta à das harmónicas reais


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


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


Cavas e interrupções

Soluções reparadoras


Reparação de cavas


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


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


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


On-line UPS

A carga é sempre alimentada através da UPS

Mais caras e com mais perdas


Standby UPS

Tempo de transferência da linha para a bateria é importante

A linha alimenta a carga até ocorrer o distúrbio


UPS híbridas

Como as standby, mas com regulador de tensão para actuar no momento da transferência


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)


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


SMESSuperconducting Magnetic

Energy Storage


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


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


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)


Soluções para o Distribuidor

• Melhor adequação dos meios às novas realidades

• Supressão de perturbações na zona proibida (curva CBEMA)

• Monitorização de circuitos críticos


Reparador Dinâmico da Onda da Tensão (DVR)


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,...)


Projectistas

• Conhecer com detalhe a problemática;

• Defender sempre as soluções que conduzam à melhor exploração;

• Utilizar tecnologia adequada a cada caso;


Algumas sugestões para edifícios

Cabos com 1 neutro por fase ou neutro reforçado


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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