compensação de reativos e - mantest.com.br · em um sep existem capacitores e indutores...
TRANSCRIPT
Compensação de Reativos e Harmônicas
O que é Potência Reativa
Como compensar e o que compensar
Como especificar um Banco de Capacitores
O que são harmônicas
O que é ressonância.
Apresentação das medições
Como simular a operação de um Banco de Capacitores
Apresentação dos resultados do Estudo de Harmônicas
A ELETRICIDADE PODE SER:
Armazenada no Campo Elétrico
Armazenada no Campo Magnético
Dissipada em resistores
Conceitos Básicos
C, Q +++++++++++++ - - - - - - - - - - - - -
i
L
Circuito LC
No início o capacitor C está com Carga Q
A chave é fechada e o capacitor começa a descarregar através da
corrente i
A medida que Q diminui a corrente i aumenta
A energia armazenada no capacitor diminui e a energia
armazenada no indutor L aumenta
Quando a carga no capacitor for zero, a corrente no indutor será
máxima e consequentemente a energia armazenada no indutor
também será máxima
A seguir o indutor vai descarregar a energia magnética
armazenada até i=0 e a carga Q for máxima
Dessa forma, o circuito vai oscilar indefinidamente com a
corrente defasada da tensão
Elemento Símbolo Impedância Fase
Corrente
Ângulo
Fase Relação
Resistor R R Em fase com Vr
0 Vr = R . I
Capacitor C Xc Adiantada
de Vc -90° Vc = Xc . I
Indutor L Xl Atrasado
de Vl +90° Vl = Xl . I
Energia Reativa
É a energia solicitada por alguns equipamentos elétricos, necessária à manutenção dos fluxos magnéticos e que não produz trabalho
A unidade de medida é o quilovar-hora (kVArh)
S = v.i
v = vmax.sen(2π.f.t)
i = imax.sen(2π.f.t – φ)
S = v.i.cosφ . (1 – cos (4π.f.t))
– v.i.senφ . sen (4π.f.t)
P
Q
Defasagem causada pela carga
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
P
Q
E em um Datacenter?
Onde existem capacitores e indutores?
Em um SEP existem capacitores e indutores distribuídos pelas cargas
Por exemplo, a grande maioria dos equipamentos de uma central de Ar Condicionado são motores de indução, que se comportam como um conjunto de indutores
Circuito Equivalente de um Motor de Indução
O que é Fator de Potência?
• É a relação entre a Potência Aparente, em VA e a Potência Ativa, em W.
Onde:
- P é a potência ativa - W
- Q é a potência reativa - VAr
- é a potência aparente - VA
22 QP
PPotênciadeFator
22 QP
FATOR DE POTÊNCIA BAIXO
CONSUMO DE REATIVOS ALTO
EFEITOS DE UM BAIXO FP
Aumento das perdas, que são proporcionais
ao quadrado da corrente total, corrente esta
que aumenta com o aumento da potência
reativa
Aumento das quedas de tensão que ocorrem
com o aumento da corrente;
Superdimensionamento da capacidade
instalada
Baixo Fator de Potência Indutivo:
Instalação de cargas capacitivas: capacitores
Baixo Fator de Potência Capacitivo:
Instalação de cargas indutivas: indutores
Capacitores
São equipamentos cujo objetivo é aumentar
a capacitância no circuito.
Devem ser introduzidos o mais próximo
possível das cargas para:
reduzir as perdas nos circuitos elétricos
elevar a tensão
aliviar a solicitação nos transformadores e alimentadores
Passos para definição da quantidade
de capacitores a ser instalada:
1. Medição da(s) curva(s) de carga da instalação
2. Definição da quantidade de Reativos que satisfaça a seguinte igualdade:
Qcarga – Qcapacitores = 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Curva de carga de reativos - MVAr MVArs necessários para manter o fator de potência em 0,92
Capacitores instalados e não retirados Fator de potência na barra da concessionária
Exemplo de Curva de Carga
8:00 ás 18:00hs 2,6MVAr
18:00 ás 21:00hs cai até 0,3MVAr
21:00 ás 8:00hs 0,3MVAr
No último intervalo, se forem mantidos os
2,6MVAr de capacitores o FP vai para 0,17
capacitivo!
Ou seja devem ser chaveados 2,13MVAr de cap´s
◦ Cargas lineares Aquecedores
Motores trifásicos
Capacitores
Lâmpadas de filamento
◦ Cargas não lineares Inversores de frequência
Retificadores
Fornos de indução e a arco
Lâmpadas fluorescentes
Equipamentos eletrônicos de um modo geral
Transformadores
A principa característica dessas cargas
é que as formas de onda da corrente
e da tensão NÃO são senoidais.
Série de fourier
Onde:
U(t) = onda deformada a ser decomposta
f = sendo a freqüência base de decomposição
n = inteiro variando de um a infinito e
)(...)2()( 21 tnsenUtsenUtsenUtU n
f 2
1. Aumento das perdas nos estatores e rotores de maquinas rotativas, perdas que podem causar sobreaquecimento danoso às máquinas;
2. O fluxo de harmônicas nos elementos de ligação de uma rede leva a perdas adicionais causadas pelo aumento do valor rms da corrente, além do surgimento de quedas de tensões harmônicas nas várias impedâncias dos circuitos. No caso dos cabos há um aumento de fadiga dos dielétricos, diminuindo sua vida útil e aumentando custos de manutenção. O aumento das perdas e o desgaste precoce da isolação também podem afetar os transformadores do sistema elétrico, em especial os transformadores de retificadores e inversores, já que estes não são beneficiados com a presença de filtros;
3. Distorção das características de atuação de relés de proteção em especial os relés de distância;
4. Aumento do erro de instrumentos de medição de energia que estão calibrados para medir ondas senoidais puras. Este erro pode chegar a até 6 % acima do calor real;
5. Interferência em equipamentos de comunicação, aquecimento em reatores de lâmpadas fluorescentes, interferência na operação de computadores, interferência em equipamentos tiristorizados de variação de velocidade, etc.;
6. Perdas extras em capacitores para correção de fator de potência;
7. Aparecimento de ressonâncias entre os capacitores para correção do fator de potência e o restante do sistema, causando sobretensões e sobrecorrentes que podem causar sérios danos ao sistema.
Impedância e Corrente de um Capacitor
CUI
CX
C
C
1
Para a existência de harmônica de ordem 11 com 10% da fundamental:
111
111111
1,1
1,111)1,0(
CC
C
II
CUCUI
Para a corrente total do capacitor:
UM AUMENTO DE 45%!
1
2
1
2
1
22
3
2
2
2
1
45,1
1,1
...
CC
CCC
CnCCCC
II
III
IIIII
“A ocorrência de ressonância em circuito elétrico se dá quando, através de uma excitação externa periódica, obtém-se amplitudes de corrente ou de tensão máximas.”
Definição de Halliday & Resnick, em “Fundamentos da Física” (volume III)
UC
UL
L
U0
i
C
Circuito Série
ic iL
L u
C
i
Circuito Paralelo
A frequência de oscilação do sistema é:
CLfosc
2
1
E a frequência de ressonância é:
oscaressonânci fT
f 1
Temos que:
LX L C
X C
1
Para o circuito série:
Para o circuito paralelo:
CLr XXX
CL
CLr
XX
XXX
CL
1
CL XX
Para a ressonância ocorrer:
Ou seja:
Xr = zero no circuito série
Xr = infinito no circuito paralelo
• Para o circuito série:
I = infinito
• Para o circuito paralelo:
U = infinito
Xr
UI
IXrU
ETAPAS DE ESTUDO DE HARMÔNICAS
1. Medições de componentes harmônicas;
2. Coleta de dados - topologia;
3. Modelagem do sistema elétrico;
4. Simulações e escolha de alternativas.
MEDIÇÃO – Corrente na UPS BBY#2A - Forma de Onda de Tensão
-250,0
-200,0
-150,0
-100,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
1,000 101,000 201,000 301,000 401,000 501,000 601,000 701,000 801,000 901,000
Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fundamental
Fatores de Distorção Sem Banco de Capacitores
V o lta g e L e v e ls
1 1 , 9 k V0 , 4 8 k V
PowerFactory 14.0.520
DATACENTER
FATORES DE DISTORÇÃO CARGA NAS UPSs 750kVA
Project:
Graphic: Grid
Date: 7/16/2013
Annex:
QGBT 1.1
7,50 %
UPS 3.1
7,83 %
TR3.1 BT
7,52 %
QF-AC 2.1B
7,56 %
QGBT 3.1
7,55 %
QGBT 2.1
7,55 %
UPS 2.1
7,85 %
QF-AC 3.1A
7,56 %
QF-AC 1.1B
7,56 %
QF-AC 2.1A
7,56 %
QF-AC 3.1B
7,51 %
QF-AC 1.1A
7,52 %
UPS 1.1
7,85 %
QGBT 5.1
3,48 %
TR2.1 BT
7,52 %
TR1.1 BT
7,47 %
TRS1 BT
3,48 %
11.9kV
3,68 %
Cap 3 SF
0,000,00
0,00000
Cap 2 SF
0,000,00
0,00000
Cap 1 SF
0,000,00
0,00000
CPFL
258,474281,584,28114
B1
6
498,55348,15
0,34817
B1
6
TR
S1
20,35354,63
0,35466
TR
S1
TR
3.1
79,421309,421,30926
TR
3.1
TR
2.1
79,381308,731,30858
TR
2.1
TR
1.1
79,391308,801,30865
TR
1.1
B1
71956,801291,781,29158
B1
7
B2
0
1956,631291,711,29151
B2
0
Cap 3
0,000,00
0,00000
Carga QF-AC 2.1B
506,56319,97
0,32004
B1
08
B1
08
506,56-319,97
-0,32002
B107B107
506,27-319,97
-0,32003
Carga QF-AC 3.1A
506,27319,97
0,32004
B102B102947,66-644,96
-0,64456
Cap 2
0,000,00
0,00000
Cap 1
0,000,00
0,00000
Carga QGBT 5.1
498,55347,98
0,34801
Carga QF-AC 3.1B
505,02319,97
0,32004
B6
2B
62
505,02-319,97
-0,32003
B61B61
506,02-319,97
-0,32003
Carga QF-AC 1.1A
506,02319,97
0,32004 Carga QF-AC 1.1B
506,31319,97
0,32004
Carga QF-AC 2.1A
505,25319,97
0,32004
B8
5B
85
506,31-319,97
-0,32003
Carga UPS 3.1
947,66644,96
0,64460
B84B84
505,25-319,97
-0,32003
Carga UPS 2.1
947,87644,96
0,64459
Carga UPS 1.1
948,56644,96
0,64459
B56B56
948,56-644,96
-0,64454
B2
3
1957,691292,381,29217
B2
3
B79B79947,87-644,96
-0,64455
DIg
SIL
EN
T
5,00 7,00 11,0 13,0 17,0 19,0 [-]
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
UPS 1.1: Harmonic Distortion in %
11.9kV: Harmonic Distortion in %
DIST V
ESPECTRO DE HARMÔNICAS CORRENTE BARRA UPS E BARRA 11,9KV
Date: 7/16/2013
Annex: /1
DIg
SIL
EN
T
Espectro Sem Banco de Capacitores
Fatores de Distorção Com Banco de Capacitores
V o lta g e L e v e ls
1 1 , 9 k V0 , 4 8 k V
PowerFactory 14.0.520
DATACENTER
FATORES DE DISTORÇÃO CARGA NAS UPSs 750kVA
Project:
Graphic: Grid
Date: 7/16/2013
Annex:
QGBT 1.1
21,54 %
UPS 3.1
21,84 %
TR3.1 BT
21,70 %
QF-AC 2.1B
21,83 %
QGBT 3.1
21,80 %
QGBT 2.1
21,80 %
UPS 2.1
21,85 %
QF-AC 3.1A
21,82 %
QF-AC 1.1B
21,83 %
QF-AC 2.1A
21,82 %
QF-AC 3.1B
21,55 %
QF-AC 1.1A
21,56 %
UPS 1.1
21,58 %
QGBT 5.1
10,34 %
TR2.1 BT
21,71 %
TR1.1 BT
21,45 %
TRS1 BT
10,34 %
11.9kV
10,88 %
Cap 3 SF
706,760,00
0,00000
Cap 2 SF
706,77-0,00
0,00000
Cap 1 SF
706,770,00
-0,00000
CPFL
217,114266,844,25097
B1
6
498,56348,16
0,34870
B1
6
TR
S1
20,35354,64
0,35521
TR
S1
TR
3.1
65,861304,481,29902
TR
3.1
TR
2.1
65,821303,831,29837
TR
2.1
TR
1.1
65,821303,891,29838
TR
1.1
B1
71625,001291,231,28412
B1
7
B2
0
1624,881291,171,28403
B2
0
Cap 3
0,000,00
0,00000
Carga QF-AC 2.1B
494,31319,98
0,32157
B1
08
B1
08
494,31-319,98
-0,32158
B107B107
494,03-319,98
-0,32158
Carga QF-AC 3.1A
494,03319,98
0,32157
B102B102924,82-644,98
-0,63450
Cap 2
0,000,00
0,00000
Cap 1
0,000,00
0,00000
Carga QGBT 5.1
498,56347,99
0,34854
Carga QF-AC 3.1B
492,88319,98
0,32153
B6
2B
62
492,88-319,98
-0,32155
B61B61
493,81-319,98
-0,32154
Carga QF-AC 1.1A
493,81319,98
0,32153 Carga QF-AC 1.1B
494,08319,98
0,32157
Carga QF-AC 2.1A
493,09319,98
0,32157
B8
5B
85
494,08-319,98
-0,32158
Carga UPS 3.1
924,82644,98
0,63448
B84B84
493,09-319,98
-0,32158
Carga UPS 2.1
925,01644,98
0,63447
Carga UPS 1.1
925,65644,98
0,63457
B56B56
925,65-644,98
-0,63458
B2
3
1625,801291,801,28468
B2
3
B79B79925,01-644,98
-0,63449
DIg
SIL
EN
T
Espectro Com Banco de Capacitores
5,00 7,00 11,0 13,0 17,0 19,0 [-]
30,00
20,00
10,00
0,00
UPS 1.1: Harmonic Distortion in %
11.9kV: Harmonic Distortion in %
DIST V
ESPECTRO DE HARMÔNICAS CORRENTE BARRA UPS E BARRA 11,9KV
Date: 7/16/2013
Annex: /1
DIg
SIL
EN
T
Fatores de Distorção Com BC e Filtros de 5ª Harm
V o lta g e L e v e ls
1 1 , 9 k V0 , 4 8 k V
PowerFactory 14.0.520
DATACENTER
FATORES DE DISTORÇÃO CARGA NAS UPSs 750kVA
Project:
Graphic: Grid
Date: 7/16/2013
Annex:
QGBT 1.1
3,38 %
UPS 3.1
3,64 %
TR3.1 BT
3,38 %
QF-AC 2.1B
3,40 %
QGBT 3.1
3,39 %
QGBT 2.1
3,39 %
UPS 2.1
3,65 %
QF-AC 3.1A
3,40 %
QF-AC 1.1B
3,40 %
QF-AC 2.1A
3,40 %
QF-AC 3.1B
3,38 %
QF-AC 1.1A
3,39 %
UPS 1.1
3,68 %
QGBT 5.1
1,60 %
TR2.1 BT
3,38 %
TR1.1 BT
3,37 %
TRS1 BT
1,60 %
11.9kV
1,70 %
Cap 3 SF
0,000,00
0,00000
Cap 2 SF
0,000,00
0,00000
Cap 1 SF
0,000,00
0,00000
CPFL
217,114266,844,26678
B1
6
498,56348,16
0,34816
B1
6
TR
S1
20,35354,64
0,35464
TR
S1
TR
3.1
65,861304,481,30446
TR
3.1
TR
2.1
65,821303,831,30381
TR
2.1
TR
1.1
65,821303,891,30387
TR
1.1
B1
71625,001291,231,29120
B1
7
B2
0
1624,881291,171,29114
B2
0
Cap 3
706,76-0,00
0,00000
Carga QF-AC 2.1B
494,31319,98
0,32000
B1
08
B1
08
494,31-319,98
-0,32002
B107B107
494,03-319,98
-0,32002
Carga QF-AC 3.1A
494,03319,98
0,32000
B102B102924,82-644,98
-0,64490
Cap 2
706,770,00
-0,00000
Cap 1
706,770,00
-0,00000
Carga QGBT 5.1
498,56347,99
0,34800
Carga QF-AC 3.1B
492,88319,98
0,32000
B6
2B
62
492,88-319,98
-0,32002
B61B61
493,81-319,98
-0,32002
Carga QF-AC 1.1A
493,81319,98
0,32000 Carga QF-AC 1.1B
494,08319,98
0,32000
Carga QF-AC 2.1A
493,09319,98
0,32000
B8
5B
85
494,08-319,98
-0,32002
Carga UPS 3.1
924,82644,98
0,64488
B84B84
493,09-319,98
-0,32002
Carga UPS 2.1
925,01644,98
0,64488
Carga UPS 1.1
925,65644,98
0,64487
B56B56
925,65-644,98
-0,64489
B2
3
1625,801291,801,29177
B2
3
B79B79925,01-644,98
-0,64490
DIg
SIL
EN
T
Espectro Com BC e Filtros de 5ª Harm
5,00 7,00 11,0 13,0 17,0 19,0 [-]
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
UPS 1.1: Harmonic Distortion in %
11.9kV: Harmonic Distortion in %
DIST V
ESPECTRO DE HARMÔNICAS CORRENTE BARRA UPS E BARRA 11,9KV
Date: 7/16/2013
Annex: /1
DIg
SIL
EN
T
Fatores de Distorção - %
Impedância vs Frequência - Ohms
Perdas
kW Qt hs R$/KWh
Energia adicional
Gasto Adicional
kWh por ano
R$ por ano
Sit 1 2,39 24 0,329 20.936 6.888,
Sit 2 80,06 24 0,329 701.326 230.736,
Sit 3 0,48 24 0,329 4.205 1.383,
Perdas em R$ por Ano