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Aspectos Gerais de Medição de Qualidade de Energia e casos Práticos
Mateus Duarte Teixeira – BREE, UFPR e SBQEE
Agenda1. Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de
distribuição;
2. O PORODIST e os desafios para medição
3. Objetivos da Medição
4. Equipamentos de medição (ONS e IEC)
5. Medições
6. Premissas básicas para estudos de qualidade de energia
7. Casos Reais (Notching, Harmônicos e VTCD
Estudos específicos de QEE para acessoaos sistemas de distribuiçãoDo PRODIST (Módulo 8):
11.1 Os estudos específicos de qualidade da energia elétricadeverão avaliar o potencial impacto da conexão e operação doacessante.
11.1.1 É obrigatória a realização dos estudos no caso deacessante potencialmente perturbador.
11.1.2 A distribuidora deve definir os tipos de instalaçõeselétricas potencialmente perturbadoras.
Estudos específicos de QEE para acessoaos sistemas de distribuiçãoDo PRODIST (Módulo 8):
11.3 Caso se verifique nos estudos específicos que há problemade qualidade da energia elétrica, a instalação dos equipamentosde correção ou outras adequações necessárias deverão serprovidenciadas pelo acessante e/ou acessada.
11.4 requisitos e procedimentos para fins de acesso ao sistema dedistribuição deverão observar o Módulo 3 do PRODIST.
Estudos específicos de QEE para acessoaos sistemas de distribuiçãoSão potencialmente perturbadoras as cargas ou gerações cujaoperação possa afetar os itens de qualidade de produto da rede dedistribuição, tais como:
• variações nos níveis de tensão da rede;
• elevações nos níveis de distorções harmônicas na tensão;
• desequilíbrio nas tensões da rede;
• flutuações no valor eficaz da tensão;
• variações de curta duração na tensão;
• variações de frequência.
Estudos específicos de QEE para acessoaos sistemas de distribuiçãoCargas potencialmente perturbadoras:
• Fornos elétricos a arco (Harmônicos, VTCD, Flutuação, etc.)
• fornos de indução (Harmônicos)
• Laminadores (VTCD, Flutuação)
• Motores controlados por inversores, retificadores econversores (Harmônicos)
• Grandes motores (VTCD)
• Geradores fotovoltaicos ou eólicos (Harmônicos,interharmônicos)
• Bancos de capacitores (Harmônicos)
O PORODIST e os desafios para medição
Como fazer a medição?
• Campanhas de medição?
• Eventos em regime permanente
• Quanto tempo?
• Medições ininterruptas?
• Eventos transitórios
• Infraestrutura – Medidores, comunicação e armazenamento de dados.
• Quem é o responsável por medir e tratar os dados?
Objetivos da Medição
A tarefa mais importante em qualquer projeto de monitoramento édefinir claramente os objetivos de monitoramento.
• Caracterizar a perturbação em local particular do circuito elétrico.
• Diagnosticar incompatibilidades entre a fonte e a carga.
• Avaliar o ambiente elétrico em um local específico para refinartécnicas de modelagem ou para desenvolver uma linha de base dequalidade de energia.
• Prever o desempenho de equipamentos ou soluções atenuantes doproblema de qualidade de energia.
Objetivos da Medição
Infraestrutura:
• Definição de tipo e classe de equipamento de medição;
• Definição do local da instalação
• Definição de ajustes e “trigger”
• Escolha do tipo de sensor/transdutor
• Necessidade de aterramento.
Equipamentos de medição
Osciloscópio/Oscilógrafos
• Extremamente valiosos para medições em tempo real
• Análise visual das formas de onda da tensão e corrente
• Muito bom para distorções harmônicas e fenômenostransitórios
• Há modelos que possuem memória bem como medição depotências
• Modelos mais novos são pequenos e portáteis
Equipamentos de medição
Equipamentos de medição
Analisador da Qualidade da Energia Elétrica “Qualímetro”
• A norma IEC 61000-4-30 - São descritos métodos de medição para cadaparâmetro relevante para que sejam dados resultados confiáveis erepetíveis, independentemente da implementação do método.
• Classe A - Devem satisfazer os mais elevados requisitos de desempenho e precisão(metrologia) da norma – Processamento paralelo ininterupto.
• Classe S - Úteis para levantamentos estatísticos e aplicações contratuais onde nãoexistem conflitos. Os requisitos de precisão e desempenho são menos rigorosos doque para a Classe A.
Equipamentos de medição
Analisador da Qualidade da Energia Elétrica “Qualímetro”
• Portátil ou de painel
• Trifásicos e monofásicos
• Medição de distorções harmônicas, desequilíbrios, VTCD’s, potências,corrente, tensão, dentre entre outros, simultaneamente
• Disponibiliza formas de onda da tensão e corrente, bem como oespectro harmônico
Equipamentos de medição
Analisador da Qualidade da Energia Elétrica “Qualímetro”
• Apesar de armazenar fenômenos transitórios, nem todos os modeloscontêm taxa de amostragem adequada
• Alguns modelos disponibilizam a medição de flutuação de tensão
• Possui boa memória para armazenamento de dados
Equipamentos de medição
Analisador da Qualidade da Energia Elétrica “Qualímetro”
Lista de Equipamentos ONS
Sensores
Medição de tensão
• Acesso direto em BT
• Transformadores de Potencial Indutivos (TPI)
• Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC)
• Divisores Capacitivos de Potencial (DPC)
• Tap da Bucha Capacitiva de Reatores ou Transformadores (TAP)
Sensores
Medição de tensão
Sensores
Medição de Corrente
• Transformadores de Corrente (TC)
• Bobina de Rogowski
• Medidor efeito Hall
Características Gerais - Medições
• Prever alimentação para os instrumentos através do banco debaterias ou “no-breaks”;
• Equipamentos de medição devem ser colocados sobre superfície quenão esteja sujeita a choques e vibrações mecânicas;
• Os instrumentos a serem usados na campanha de medição devem sercalibrados antes de ir ao campo. O período entre a última calibração ea da data da campanha de medição deverá ser inferior a um ano.
Características Gerais - Medições
• Realização de testes mínimos no campo:
• Teste de amplitude do sinal:• Todas as fases do instrumento de medição devem ser conectadas entre
uma única fase e o neutro do transdutor
• Teste da sequência de fases:• As fases “A”, “B”, “C” e neutro de todos os instrumentos devem ser
conectadas ao secundário dos transdutores.
Premissas básicas para estudos dequalidade de energia
• Realização de medições
• Depuração dos resultados
• Modelagem e simulações computacionais;
• Especificação de solução
• Instalação da solução
• Realização de novas medições para ajuste da solução
CASO REAL 1
Mitigação de Notching e Harmônicos
• Industria papeleira
• Queima de equipamentos e circuitos eletrônicos
• Grandes inversores de frequência
• Realização de medições para identificação do fenômeno
• Estudo computacional para mitigação do fenômeno
• Instalação da solução
• Realização de medições para verificar eficácia da soluçãoproposta.
Mitigação de Notching e Harmônicos
• Forma de onda da tensão no TF-7
Event #7 at 07/04/2009 09:29:59,800
Timed
Event Details/Waveforms
09:29:59,85
07/04/2009
Tuesday
09:29:59,86 09:29:59,87 09:29:59,88 09:29:59,89 09:29:59,90
-750
-500
-250
0
250
500
Volts
A-B V B-C V C-A V
Dran-View 6.1.00 HASP : 1169183485 (45B052FDh)
Mitigação de Notching e Harmônicos
• Espectro de frequência da corrente
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
I1 I5 I7 I11 I13 I17
THD
I (%
)
Ordem harmônica
Mitigação de Notching e Harmônicos
• Medição geral
Mitigação de Notching e Harmônicos
• Simulação
Mitigação de Notching e Harmônicos
Estudos Reais – Mitigação de Notching
• Solução proposta – Filtros LPF + Filtro harmônico
Estudos Reais – Mitigação de Notching
• Medição com filtro operando
ANTES SIMULAÇÂO MEDIÇÂO
V (f-f) 432 433 448
DHTV (%) 5,5 1,6 1,7
DHTI (%) 51,3 13,0 17,6
P (kW) 347 350 197
Q (kVAR) 16 59 18,8
S (kVA) 397 358 207
FP 0,87 0,98 0,97
Event #6 at 07/04/2009 13:49:59,800
Timed
Event Details/Waveforms
13:49:59,855
07/04/2009
Tuesday
13:49:59,860 13:49:59,865 13:49:59,870
-500
-250
0
250
500
Volts
A-B V B-C V C-A V
Dran-View 6.1.00 HASP : 1169183485 (45B052FDh)
CASO REAL 2
Redução de VTCD
• Industria metalúrgica
• Má-operação ou parada de robôs e processos automatizados
• Máquinas de solda ponto no mesmo barramento
• Realização de medições para identificação do fenômeno
• Estudo computacional para mitigação do fenômeno
• Uso de transformador dedicado para soldas
Redução de VTCD
• Sistema elétrico
SE Condomínio
13,8 kV
Redução de VTCD
• Medições VTCD´s
Redução de VTCD
• SimulaçãoContinuous
Universal Bridge 1
A
B
C
+
-
Universal Bridge
A
B
C
+
-
Total Harmonic
Distorsion 1
signalTHD
Total Harmonic
Distorsion
signal THD
Three -Phase Breaker
A
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement 5
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement 4
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement 3
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement 2
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement 1
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
Three -Phase
V-I Measurement
Vabc
IabcA
B
C
a
b
c
TRAFO STYNER 1
A
B
C
a
b
c
TRAFO STYNER
A
B
C
a
b
c
Scope 9Scope 8
Scope 7Scope 6
Scope 5Scope 4
Scope 3Scope 2Scope 15
Scope 14
Scope 13 Scope 12
Scope 11
Scope 10
Scope 1
Scope
RMS 1
signalrms
RMS
signalrms
PRENSA 250 T - LINEAR
A
B
C
PRENSA 250 T - HARM
MÁQUINAS DE SOLDA
DEMAIS CARGAS - LINEAR
A
B
C
DEMAIS CARGAS - HARM
COPEL
A
B
C
BANCO DE CAPACITOR
A
B
C
3-phase
Instantaneous
Active & Reactive Power
Vabc
IabcPQ
Redução de VTCD
• Simulação da solução
Tensão na Prensa Tensão nas Soldas
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5330
340
350
360
370
380
Tempo (s)
Ten
são
RM
S (
V)
CASO REAL 3
Compensação reativa em instalaçõescom harmônicos
• Industria fabricante de fibra ótica
• Necessidade de aumento de carga
• Necessidade de melhoria da compensação reativa (RISE)
• Melhoria da qualidade de energia (RISE)
• Banco de capacitor x Banco dessintonizado x Filtro harmônico?
• Medição e estudo computacional
• Implementação da Solução - 5 Filtros sintonizados
Compensação reativa em instalaçõescom harmônicos
• Distorção Harmônica total de Corrente - DHTV (%)
Compensação reativa em instalaçõescom harmônicos
• Corrente RMS no secundário do Transformador
Compensação reativa em instalaçõescom harmônicos
• Instalação dos filtros diminui a corrente RMS emaproximadamente 200 A;
• Redução de perdas técnicas e alívio do carregamento do trafo;
• Redução da DHTV (%) para valores próximos a 1,5%;
• Correção do fator de potência para valores próximos à unidade;
• O aumento da drenagem mantém a distorção harmônica decorrente no transformador entre 10% a 20%, conformerecomendados por fabricantes de trafos.
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