do harmonicos em energia

Compreendendo Harmnicos de EnergiaResoluo bsica de problemas utilizando multmetros ou alicates de corrente

Nota de Aplicaode onda de tenso de entrada. Se por um lado isto melhora muito a eficincia, por outro causa harmnicos na corrente de carga. E isto gera transformadores e neutros superaquecidos e interruptores de circuito acionados. Se voc for ouvir uma linha de energia normal de 60 ciclos, voc notar um nico tom. Quando harmnicos esto presentes, voc ouve um tom diferente, composto por notas mais agudas. O problema ainda mais evidente quando voc observa a forma de onda. Uma tenso de linha de energia de ciclo 60 aparece no osciloscpio quase como onda senoidal (Figura 1). Quando h harmnicos, a forma de onda distorcida (Figuras 2A e 2B). Estas ondas so descritas como nosenoidais. As formas de onda de corrente e voltagem no so mais facilmente descritas por isso o termo no linear.

Porque tanto barulho acerca de harmnicos?Um mistrio vem ocorrendo em prdios comerciais e fbricas de hoje. Transformadores fornecendo aparentemente cargas mdias esto superaquecendo-se. Condutores neutros em circuitos balanceados esto superaquecendo-se por cargas excessivas. Interruptores de circuito esto disparando sem causa aparente. Ainda assim, os procedimentos padres de resoluo de problemas mostram que tudo est normal. Ento, qual o problema? Em uma palavra harmnicos.

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Figura 1. Onda senoidalA 100mV DC 2ms/DIV SINGLEB 1V OFF Trig:A! -1 DIV

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Nova tecnologia introduz novos desafiosHarmnicos so os subprodutos de eletrnicos modernos. Eles sero especialmente predominantes onde houver grande nmero de PCs, controladores de velocidade ajustvel e outros tipos de equipamentos que extraiam corrente em pulsos curtos. Este equipamento projetado para extrair corrente somente durante uma poro controlada da forma

Cortando o mal pela raizAchar o problema relativamente fcil uma vez que voc sabe o que e onde procurar. Os sintomas de harmnicos so geralmente sutis. Esta nota lhe trar alguns indicadores bsicos de como achar harmnicos e algumas sugestes de como lidar com o problema. Porm, voc deveria chamar um consultor para analisar sua operao e projetar um plano para sua situao especfica.

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Figura 2A. Forma de onda de corrente destorcidaA 200V DC PROBE*10 B 1V OFF 2ms/DIV SINGLE Trig:A!

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Figura 2B. Forma de onda de tenso destorcida

In Tune with Power Harmonics

Fluke Corporation 1

Trabalhe com segurana

Fontes de harmnicosDefinindo o problema Harmnicos so correntes ou tenses com frequncias mltiplas da frequncia de energia fundamental. Por exemplo, se a frequncia fundamental 60 Hz, ento a segunda harmnica 120 Hz, a terceira 180 Hz etc. Harmnicos so criados por cargas no lineares que extraem pulsos abruptamente ao invs da maneira senoidal estvel. Estes pulsos causam aspectos de onda de corrente distorcidos que, por sua vez, geram correntes de harmnicos para fluir de volta em outras partes do sistema de energia. A histria interna Este fenmeno especialmente predominante em equipamentos que possuem fontes de energia de entrada de capacitor-diodo, por exemplo, PCs, impressoras e equipamentos de teste mdico. O que ocorre eletricamente? A tenso ac de entrada um diodo reparado e usada, ento, para carregar um capacitor grande. Depois de poucos ciclos, o capacitor carregado para a tenso de pico da onda senoidal (por exemplo, 170V para uma linha ac de 120V). Ento, o equipamento eletrnico extrai corrente a partir desta alta tenso dc para alimentar o resto do circuito. O equipamento pode extrair a corrente abaixo de um limite menor regulado. Geralmente, antes de atingir tal limite, o capacitor recarregado para o pico no prximo semi-ciclo da onda senoidal. Este processo repetido vrias vezes. Basicamente, o capacitor extrai um pulso de corrente somente durante o pico da onda. Durante o resto da onda, quando a tenso est abaixo do restante do capacitor, o capacitor no extrai corrente. As fontes de energia encontradas no diodo/capacitor em equipamentos de escritrio so tipicamente cargas monofsicas no lineares. Em fbricas industriais as causas mais comuns de correntes de harmnicos so cargas trifsicas no lineares que incluem controladores de motores eletrnicos e fontes de energia ininterruptas (UPS).

Trabalhe com segurana As altas voltagens e tenses presentes em sistemas de energia eltrica podem causar ferimentos graves ou mortes por eletrocuo. Por isso, modificaes e testes de sistemas eltricos devem ser executados somente por eletricistas experientes e treinados que possuam conhecimento de sistemas eltricos em geral e do equipamento sob teste. A Fluke no pode prescrever todas as precaues possveis que voc deve tomar ao executar as medies descritas nesta nota. No mnimo, porm, voc deveria: Usar equipamentos de segurana apropriados como culos de segurana, luvas isolantes, esteiras isolantes etc. Certifique-se de que toda energia tenha sido desligada e bloqueada em qualquer situao na qual voc esteja em contato direto com componentes de circuito. Esteja certo de que a energia no poder ser ligada porque qualquer um alm de voc.

Leia e compreenda todos os

manuais aplicativos antes de usar as informaes de aplicao desta nota. D ateno especial a todos avisos e precaues de segurana nos manuais de instruo. Esta nota de aplicao um guia geral para compreenso de harmnicos. No pretende substituir os servios de consultores de sistemas eltricos profissionais. Antes de fazer qualquer medio para diagnosticar ou lidar com problemas potenciais de harmnicos voc deve ter sua operao analisada profundamente por um profissional. Esta nota de aplicao no pretende ser um estudo de teoria eltrica. Ela apresenta conceitos eltroeletrnicos bsicos de interesse do leitor.

2 VRTEX Equipamentos

Compreendendo Harmnicos de Energia

Harmnicos de tenso A prpria linha de energia pode ser uma fonte indireta de tenso harmnica. A corrente harmnica extrada por cargas no lineares age numa relao de lei de Ohm com a impedncia de fonte do transformador de fornecimento para produzir tenso harmnica. Impedncia de fonte inclui o transformador de fornecimento e componentes de circuito ramificado. Por exemplo, uma corrente harmnica de 10A sendo extrada a partir de uma impedncia de fonte de 0,1 gerar uma tenso de harmnico de 1,0V. Quaisquer cargas dividindo um transformador ou circuito com carga harmnica pesada podem ser afetadas por harmnicos de tenso gerados. O PC pode ser afetado por harmnicos de tenso. A performance da fonte de energia de diodo/capacitor criticamente dependente da grandeza da tenso de pico. Harmnicos de tenso podem causar variaes da forma de onda de tenso, baixando a tenso de pico (veja Figura 2B). Em muitos casos, o computador pode resetar devido tenso de pico insuficiente. No ambiente industrial, o motor de induo e capacitores de correo de fator de energia podem tambm ser seriamente afetados por harmnicos de tenso. Capacitores de correo de energia podem formar um circuito ressonante com as partes indutoras do sistema de distribuio de energia. Se a frequncia ressonante for prxima quela da tenso harmnica, a corrente harmnica resultante pode crescer substancialmente, sobrecarregando os capacitores e queimando os fusveis do capacitor. Felizmente, a falha do capacitor dessintoniza o circuito e a ressonncia desaparece.

Efeitos de Correntes HarmnicasPrdios comerciais e fbricas harmnicos em elevao Sintomas de harmnicos geralmente revelam-se em equipamentos que suportam cargas no lineares. Existem dois tipos bsicos de cargas no lineares monofsicas e trifsicas. Cargas no lineares monofsicas so predominantes em escritrios, enquanto cargas trifsicas so frequentes em fbricas industriais. Cada componente do sistema de distribuio de energia manifesta os efeitos de harmnicos diferentemente. Ainda assim, todos esto sujeitos a danos e performances ineficazes. Neutro Num sistema trifsico de 4 cabos, o neutro pode ser severamente afetado por cargas no lineares conectadas a circuitos ramificados de 120V. Sob condies normais para uma carga balanceada, a poro de 60 Hz fundamental das correntes de fase se anular no neutro. Num sistema monofsico de 4 cabos com cargas no lineares, certos harmnicos mpares chamados triplens multplos mpares da terceira harmncia: 3, 9, 15 etc. no se anulam, mas, ao invs disso, adicionam-se ao neutro. Em sistemas com muitas cargas monofsicas, a corrente neutra pode de fato exceder a corrente de fase. O perigo aqui o aquecimento excessivo, porque no h interruptor de circuito no neutro para limitar a corrente como h nos condutores de fase. Corrente excessiva no neutro pode tambm causar quedas de tenso maiores do que o normal entre o neutro e a terra na tomada de 120V. Interruptores de circuito Interruptores trmo-magnticos comuns de circuito utilizam um mecanismo de disparo bimetlico que responde ao efeito de aquecimento da corrente de circuito. projetado para responder ao valor true-rms da forma de onda da corrente e, ento, ir disparar quando esquentar muito. Este tipo de interruptor possui uma chance maior de proteger contra sobrecargas de correntes harmnicas. Um interruptor eletrnico de circuito de disparo sensvel ao pico responde ao pico da forma de onda de corrente. Como resultado, ele nunca responder apropriadamente a correntes harmnicas. Uma vez que o pico da corrente harmnica geralmente maior do que o normal, este tipo de interruptor de circuito pode disparar prematuramente a uma corrente baixa. Se o pico for menor do que o normal, o interruptor pode falhar o disparo quando realmente deveria disparar.A 5mV DC 5ms/DIVB 1V OFF Trig:A! -1 DIV

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Figura 3A. Forma de onda de corrente de carga monofsica no-linearB 1V OFF Trig:A! -1 DIV

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Figura 3B. Forma de onda de corrente de carga trifsica no-linear


VRTEX Equipamentos 3

Efeitos de Correntes Harmnicas

Barras de ligao e suportes de conexo Barras de ligao neutras e suportes de conexo so dimensionados para transmitir o valor completo da corrente de fase classificada. Eles podem tornar-se sobrecarregados quando neutros so sobrecarregados com a soma adicional de harmnicos triplen. Painis eltricos Harmnicos em painis eltricos podem emitir um tom forte. Painis designados para transmitir correntes de 60 Hz podem tornar-se mecanicamente ressonantes aos campos magnticos gerados pelas correntes harmnicas de alta frequncia. Quando isto ocorre, o painel vibra e emite um zumbido a frequncias harmnicas.A B01 02 03

Telecomunicaes Sistemas de telecomunicaes frequentemente lhe oferecem a primeira dica de problemas de harmnicos. Cabos de telecomunicaes so comumente colocados prximos a cabos de energia. Para minimizar a interferncia indutora da corrente de fase, cabos de telecomunicaes so colocados mais prximos do fio neutro. Triplens no neutro causam comumente interferncia indutora, que pode ser ouvida numa linha telefnica. Isto frequentemente a primeira indicao de problemas de harmnicos e lhe d uma diretriz na deteco do problema antes que cause maiores danos. Transformador Prdidos comerciais geralmente possuem um transformador de 208/120 V numa configurao delta-y. Estes transformadores geralmente alimentam receptculos num prdio comercial. Cargas monofsicas no-lineares conectadas aos receptculos produzem harmnicos triplen que, algebricamente, adicionam-se ao neutro. Quando esta corrente neutra alcana o transformador, refletida no circuito primrio delta, onde causa superaquecimento e falhas de transformador.

Outro problema de transformador resulta da perda nuclear e perda de cobre. Transformadores so normalmente quotados somente para cargas de corrente de fase de 60 Hz. Correntes harmnicas de frequncias mais altas causam aumentada perda de cobre devido a correntes de turbilho e histerese, resultando em maior aquecimento do que ocorreria na mesma corrente de 60 Hz. Estes efeitos de aquecimento exigem que os transformadores sejam reduzidos para cargas harmnicas ou substitudos por transformadores especialmente projetados. Geradores Geradores de prontido esto sujeitos ao mesmo tipo de problema de superaquecimento que os transformadores. Por fornecerem reserva emergencial para cargas geradoras de harmnicos (como equipamentos de processamento de dados), frequentemente so ainda mais vulnerveis. Alm do superaquecimento, certos tipos de harmnicos produzem distoro no cruzamento de zero da forma de onda da corrente, que causa interferncia e instabilidade para os circuitos de controle dos geradores.

Primrio

Secundrio

C Neutro

Classificao de harmnicos Cada harmnico possui um nome, frequncia e sequncia. A sequncia refere-se rotao fsica com respeito ao fundamental (F). Por exemplo, num motor de induo, um harmnico de sequncia positiva gera um campo magntico que gira na mesma direo do fundamental. Um harmnico de sequncia negativa gira na direo oposta. Os primeiros nove harmnicos junto com seus efeitos esto listados abaixo:Nome Frequncia Sequncia 1 60 + 2* 120 3 180 0 4* 240 + 5 300 6* 360 0 7 420 + 8* 480 9 540 0

*Mesmo harmnicos desaparecem quando as ondas so simtricas (tpico para circuitos eltricos)

Sequncia Positiva Negativa Zero**

Circuitos Ramificados de 120V

Transf. de Volt de 208/480

Rotao Adiante Reversa Nenhuma

Efeitos (efeitos de superfcie, correntes parasitas etc.) Aquecimento de condutores, interruptores de circuito etc. Aquecimento como acima + problemas de motor Aq. + aumento no neutro do sistema trifsico de 4 fios

**Harmnicos de sequncia zero (multplos mpares do 3) so chamados Triplens (3, 9, 15, 21 etc.)



Achando harmnicos

Analise a situao Uma anlise de harmnico lhe dar uma boa idia se voc tem ou no um problema de harmnico e onde ele est localizado. Eis algumas regras a seguir. 1. Inventrio de carga faa uma inspeo de aparato e observe os tipos de equipamentos em uso. Se voc possui muitos PCs e impressoras, motores de velocidade ajustvel, controles de aquecedores de estado slido e certos tipos de iluminao fluorescente, h uma grande chance de harmnicos estarem presentes. 2. Verificao de aquecimento de transformador localize os transformadores alimentando cargas no lineares e procure aquecimentos excessivos. Certifique-se tambm de que as sadas de ar estejam desobstrudas. 3. Corrente secundria de transformador utilize um multmetro true-rms para verificar correntes de transformador. Verifique se as classificaes de tenso para o equipamento de teste so adequadas para o transformador sendo testado. Mea e registre as correntes secundrias do transformador em cada fase e no neutro (se utilizado). Calcule a kVA fornecida para a carga e compare-a com a classificao de fbrica. Nota: se correntes harmnicas estiverem presentes, o transformador pode superaquecer-se mesmo se a kVA fornecida for menor do que a classificao de fbrica. Se o secundrio de transformador for um sistema de 4 fios, compare a corrente de neutro medida com o valor previsto a partir da instabilidade nas correntes de fase (a corrente de neutro a soma vetorial das correntes de fase e normalmente deve ser zero se as correntes de fase estiverem balanceadas tanto em fase quanto em amplitude). Quando a corrente de neutro est alta, provvel que haja harmnicos

e o transformador dever ser reduzido. Mea a frequncia da corrente de neutro. 180 Hz seria uma leitura tpica para corrente de neutro consistindo principalmente de terceiro harmnico. 4. Verificao de corrente de neutro de sub-painel analise os sub-painis que alimentam cargas harmnicas. Mea a corrente em cada neutro ramificado e compare o valor medido com a capacidade classificada para o tamanho de fio usado. Procure aquecimento e descolorao na barra de ligaes do neutro e nas conexes alimentadoras. Uma sonda infra-vermelho de temperatura sem contato til na deteco de superaquecimentos excessivos em barras de ligaes e conexes. 5. Verificao de tenso neutro-terra do receptculo superaquecimento de neutro em circuitos ramificados de receptculos s vezes pode ser detectado medindo-se a tenso neutro-terra no receptculo. Mea a tenso quando as cargas estiverem ligadas. Dois volts ou menos normal. Tenses mais altas podem indicar problemas dependendo do comprimento do percurso, qualidade das conexes etc. Mea a frequncia. 180 Hz sugere uma forte presena de harmnicos. 60 Hz sugere que as fases esto desbalanceadas. Dedique especial ateno a fios sob carpetes e painis modulares de escritrios com fios integrados que utilizam um neutro compartilhado por condutores trifsicos. Pelo fato das cargas tpicas nestas duas reas serem computadores e mquinas de escritrio, elas so frequentemente focos de problemas para neutros sobrecarregados.

5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -50 180 360

True-rms

Resposta Mdia

procura de harmnicosEis um modo simples de determinar a extenso de distoro harmnica causada por circuitos de entrada de carga linear monofsica: Faa duas medies de corrente separadas: 1. Utilizando um alicate de corrente ou multmetro de resposta mdia com alicate conectado (p.e. Fluke 27 e 80i-600). 2. Utilizando alicates de medio truerms, como o Fluke 32, 33 ou 36 ou um multmetro true-rms com alicate acoplado (p.e. Fluke VX87 e 80i-600). Divida os resultados da primeira medio pela segunda medio. Isto lhe d a razo A/R. Uma razo de 1,0 idicaria pouca ou nenhuma distoro harmnica. Uma razo de 0,50 indicaria distoro harmnica substancial. O mtodo de razo A/R no substitui o analisador de harmnico, mas um modo prtico e simples de determinar se h algum problema em circuitos ramificados monofsicos. Uma vez sabendo da existncia de harmnicos, voc pode utilizar um Fluke VX39, VX41B ou VX43 para determinar a extenso do problema.Nota: o mtodo de razo A/R til somente para correntes de circuitos ramificados monofsicos e no deve ser usado em cargas trifsicas.



Ferramentas de resoluo de problemas

Comparao de performances de multmetros: resposta mdia vs. true-rmsTipo do multmetro Circuito de medio Resposta de Resposta de Resposta de Onda senoidal Onda quadrada Onda distorcida

Resposta Mdia True-rms

Mdia Retificada x 1.1 Conversor de clculo rms. Calcula o valor de aquecimento.

Correta

10% acima

At 50% abaixo

Correta

Correta

Correta

*Dentro das especificaes do multmetro para fator de crista e largura de banda.

Multmetros True-rms Possuir as ferramentas apropriadas fundamental para diagnosticar problemas de harmnicos. O tipo de equipamento que voc usa varia de acordo com a complexidade das medies que voc precisa. Para determinar se voc tem um problema de harmnicos, voc precisa medir o valor true-rms e o valor de pico instantneo do grfico de onda. Para isto, necessrio usar um alicate de medio como o Fluke 32, 33 ou 36, ou um multmetro digital porttil que faa medies truerms e tenha um circuito de peak hold de alta velocidade (1 ms) como um Fluke VX87. Obtendo a figura verdadeira True-rms refere-se a rootmean-square (raiz mdia quadrada) ou valor de aquecimento equivalente de um grfico de onda de tenso ou corrente. True distingue a medio feita daquelas tiradas por multmetros de resposta mdia. A maioria absoluta dos alicates de corrente portteis de baixo custo so de resposta mdia. Estes instrumentos oferecem leituras corretas somente para ondas senoidais puras e geralmente lem abaixo quando confrontados com uma forma de onda de corrente distorcida. O resultado uma leitura que pode ser at 50% abaixo. Multmetros True-rms oferecem leituras corretas para qualquer grfico de onda dentro das especificaes de fator de crista e largura de banda do instrumento.

Saiba seu fator de crista O fator de crista de uma forma de onda a razo do valor de pico para o valor rms. Para uma onda senoidal, o fator de crista 1,414. Um multmetro true-rms ter uma especificao de fator de crista. Esta especificao relata o nvel de picos que pode ser medido sem erros. Um multmetro digital porttil true-rms de qualidade tem um fator de crista de 3,0 em escala completa. Isto mais do que adequado para a maior parte das medies de distribuio de energia. Em meia-escala o fator de crista o dobro. Por exemplo, na faixa ac de 400 V, o Fluke VX87 tem uma especificao de fator de crista de 3,0 medindo 400V ac e um fator de crista de 6,0 ao medir 200V ac.Nota: a maioria do multmetros true-rms no pode ser usada para sinais abaixo de 5% da escala devido ao problema de rudo de medio. Utilize uma faixa menor se disponvel.

Utilizando-se um multmetro com funo Peak como o Fluke VX87 ou funo Crest como o Fluke 33 o fator de crista pode ser facilmente calculado. Um fator de crista diferente de 1,414 indica a presena de harmnicos. Em casos monofsicos tpicos, quanto maior a diferena de 1,414, maior ser o contedo harmnico. Para harmnicos de tenso, o fator de crista tpico menor do que 1,414. Por exemplo, forma de onda retificada (flat top). Para harmnicos de corrente monofsica, o fator de crista tpico est muito acima de 1,414. Formas de onda de corrente trifsica frequentemente exibem a forma de onda de curvas duplas (double hump) mostrada na figura 3B. Ento, o mtodo de comparao de fator de crista no deve ser aplicado a corrente de carga trifsica. Depois de determinar a presena de harmnicos, voc pode fazer uma anlise mais aprofundada da situao com um analisador de harmnicos como os modelos Fluke VX39, VX41B ou VX43.



Resolvendo o problema

A seguir algumas sugestes de como lidar com alguns problemas tpicos de harmnicos. Antes de realizar quaisquer destas medies, voc deve chamar um especialista em qualidade de energia para analisar o problema e projetar um plano sob medida para sua situao especfica. Em neutros sobrecarregados Num sistema trifsico de 4 fios, a poro de 60 Hz da corrente de neutro pode ser minimizada balanceando-se as cargas em cada fase. A corrente de neutro de harmnico triplen pode ser reduzida adicionando-se filtros harmnicos na carga. Se nenhuma destas solues forem teis, voc pode instalar neutros extra preferencialmente um neutro para cada fase - ou instalar um neutro grande compartilhado por trs condutores de fase. Em construes modernas, fios sob carpetes e fios de divises modulares de escritrio devem ser marcados com neutros individuais e o cho isolado possivelmente separado da terra. (Referncia FIPS Pub 94, Guideline on Electrical Power for ADP Installations*, and 1990 NEC Article 250-74 exception No. 4.)*Cpias desta publicao esto venda no National Technical Information Service, U.S. Dept. of Commerce, Springfield, VA 22161. Ao encomendar, refira-se publicao Federal Information Processing Standards e d o ttulo. Nota: National Electrical Code e NEC so marcas registradas da National Fire Protection Association.

Reduzindo transformadores Um modo de proteger um transformador de harmnicos limitar a quantidade de carga colocada nele. Isto chamado reduzir o transformador. O mtodo de reduo mais rigoroso descrito no padro ANSI/IEEE C57.110-1986. Este mtodo , de certa forma, pouco prtico, pois requer extensa consulta de dados junto ao fabricante do transformador, alm de um espectro harmnico completo da corrente de carga. A Computer & Business Equipment Manufacturers Association (CBEMA), recomendou recentemente um segundo mtodo

que envolve diversas medies que voc pode obter com equipamentos de teste comumente disponveis. Ele aparece para dar resultados razoveis para transformadores de receptculos de 208/120 Y que fornecem harmnicos mpares de baixa frequncia (3, 5, 7) normalmente gerados por computadores e mquinas de escritrio operando a partir de circuitos ramificados monofsicos. O equipamento de teste que voc usa deve ser capaz de obter tanto a corrente de fase true-rms quanto a corrente de fase de pico instantneo para cada fase do secundrio.

Fator de reduoPara determinar o fator de reduo para o transformador, faa as medies true-rms e de pico de corrente para os condutores trifsicos. Se as fases no estiverem balanceadas, calcule a mdia das trs medies e insira o valor na seguinte frmula: HDF = = Fator de reduo harmnica (1,414) (corrente de fase true-rms) (Corrente de fase de pico instantneo) Esta frmula gera um valor entre 0 e 1,0, tipicamente entre 0,5 e 0,9. Se as correntes de fase forem senoidais (sem distoro), os picos instantneos sero 1,414 vezes o valor true-rms e o fator de reduo ser 1,0. Se este for o caso, no haver necessidade de reduo. Porm, com a presena de harmnicos, a classificao do transformador ser o produto da classificao kVA de fbrica vezes o HDF. kVA reduzido = (HDF) x (classificao kVA de fbrica) Por exemplo: transformador 208/120 Y classificado para 225 kVA:Correntes de carga foram medidas por um Fluke VX87 com sonda de corrente 80i-600 ac acoplada para dar os seguintes resultados: Nome do Condutor 01 02 03 Amps de cor. True-rms 410A 445A 435A Corrente de Pico instantneo 804A 892A 828A

I Mdia de fase = 410 + 445 + 435 = 430A 3 I Mdia de pico = 804 + 892 + 828 = 841A 3 HDF = (1,414).(430) 841 Os resultados indicam que com o nvel de harmnicos presente, o transformador deve ser reduzido para 72,3% da sua classificao, para preveno contra superaquecimento. = 72,3%



Estudo de casoSituaoUm prdio comercial moderno, voltado essencialmente para desenvolvimento de softwares continha um grande nmero de PCs e outros equipamentos eletrnicos de escritrio. Estas cargas eletrnicas eram alimentadas por um transformador de 120/208V configurado com um delta primrio e um Y secundrio. Os PCs estavam bem distribudos pelo prdio, exceto por uma grande sala que continha muitas mquinas. Os PCs nesta sala, usados exclusivamente para testes, eram servidos por muitos circuitos ramificados. O transformador e a chave de distribuio principal localizavam-se numa sala eltrica do andar trreo. A inspeo desta sala revelou imediatamente dois sintomas de correntes harmnicas altas: O transformador estava gerando uma quantidade substancial de calor. O painel principal emitiu um zumbido audvel. O som no era a trepidao comumente associada a um interruptor de circuito defeituoso, mas um profundo zumbido ressonante que indicou que as partes mecnicas do prprio painel estavam vibrando. Um duto de ar instalado diretamente ao lado do transformador para dissipar o excesso de calor manteve a temperatura da sala dentro de limites razoveis.

Definindo o problemaTransformador medies de corrente (veja tabela 1) foram feitas no neutro e em cada fase do transformador secundrio utilizandose tanto um multmetro true-rms quanto uma unidade de resposta mdia. Um acessrio transformador de corrente para 600A foi conectado em cada multmetro para permit-los realizar leituras de alta corrente. Os grficos de onda de corrente so mostrados nas figuras 4 e 5. A presena de harmnicos era bvia atravs da comparao das medies de corrente de neutro e corrente de fase. Como mostra a tabela 1, a corrente de neutro estava substancialmente mais alta do que quaisquer das correntes de fase, mesmo com as correntes de fase bem balanceadas. O multmetro de resposta mdia obteve leituras aproximadamente 20% abaixo em todas as fases. Suas leituras de corrente de neutro estavamo somente 2% abaixo. As formas de onda explicam a discrepncia. As correntes de fase estavam gravemente distorcidas em funo de uma grande quantidade de corrente de terceiro harmnico, enquanto a corrente de neutro era praticamente uma onda senoidal pura na frequncia do terceiro harmnico. As leituras de corrente de fase listadas na tabela 1 demonstram claramente porqu a capacidade de medio true-rms necessria para determinar com preciso o valor das correntes de harmnico. O passo seguinte foi calcular o fator de reduo de harmnico ou HDF (reporte-se seo Reduzindo transformadores da pgina anterior).

Os resultados indicaram que, com o nvel de harmnicos presente, o transformador deveria ser reduzido para 72.3% da sua classificao para prevenir contra o aquecimento. Neste caso, o transformador deveria ser reduzido para 72.3% da classificao de 225 kVA, ou seja, 162,7 kVA. A carga real foi calculada para ser 151.3 kVA. Ainda que este nmero esteja um pouco distante de sua classificao de fbrica, o transformador estava operando prximo a sua capacidade reduzida. Subpainel Um subpainel que supria circuitos ramificados para os receptculos de 120V tambm foi examinado. A corrente em cada neutro foi medida e registrada (veja tabela 2). Quando um condutor marginal ou sobrecarregado era identificado, as correntes de fase associadas e a tenso neutro-a-terra no receptculo eram tambm medidas. Quando uma checagem de neutro #6 revelou 15 ampres num condutor classificado para 16A, as correntes de fase dos circuitos (#25, #27 e #29) que dividiam este neutro foram tambm medidas (Tabela 3). Observe que cada uma das correntes de fase destes trs circuitos ramificados foram substancialmente menor do que 15A e tambm os mesmos condutores de fase tiveram significativas quedas de tenso neutro-a-terra.

Nome do Condutor Fase 1 Fase 2 Fase 3 Neutro

Multmetro True-rms (amps) 410 445 435 548

Multmetro de resposta mdia (amps) 328 346 355 537

Corrente de pico instantneo (amps) 804 892 828 762



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Nos circuitos ramificados com alta corrente de neutro, a relao entre o neutro e as correntes de fase era similar quela do transformador secundrio. A corrente de neutro era maior do que quaisquer das correntes de fase associadas. O perigo aqui que os condutores de neutro poderiam tornar-se sobrecarregados e no oferecer os sinais de aviso de interruptores de circuito equivocados. Recomendaes 1. Evite adicionar novas cargas ao transformador do receptculo, a menos que medidas sejam tomadas para reduzir o nvel de harmnicos. 2. Remova neutros extra dos circuitos ramificados que estejam muito carregados. 3. Monitore as correntes de carga numa base regular usando equipamento true-rms de teste e medio.Queda de tenso neutro-terra no receptculo 3,75V 4,00V 8,05V

Figura 4. Corrente de fase

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Figura 5. Corrente de neutro

Nmero do circuito 25 27 29

Corrente de fase (amps) 7,8 9,7 13,5

Nmero do condutor de neutro 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17

Corrente (amps) 5,0 11,3 5,0 13,1 12,4 15,0* 1,8 11,7 4,5 11,8 9,6 11,5 11,3 6,7 7, 0 2,3 2,6

Tabela 3. Correntes de fase e tenso neutro-terra para neutro #06

Tabela 2. Corrente de neutro de circuito ramificado de subpainel



Produtos Fluke

1

2

43 POWER QUALITY ANALYZER

39

POWER METER

41B

POWER HARMONICS ANALYZER

87AUTO 100ms

TRUE RMS MULTIMETER

MAX MIN AVG

ACDC mVA nFS% Mk Hz

0

0.5

1.0

4000mV

CATMIN MAX RANGEHOLD

600V 600A 1000A

REL41/2 DIGITS1 Second

Hz

PEAK MIN MAX

MAX

mV200 A

V

mA AF1 F2 F3

600 A 1000 A

ENTER

200 200 V 600 V

V

A

OFF

OFF

A ZERO

DC / AC

A

mA

A

COM

VMENU RECORD

36 CLAMP METER

!10A MAX FUSED 400mA FUSED!

DC

CAT 1000V

SAVE

PRINT

HOLD RUN

TRUE RMS

600VCOM V

Fluke VX87 III Leituras True-rms Novo display LCD retroiluminado com dgitos maiores e melhor ngulo de viso 4 1/2 Dgitos, display de 20.000 contagens para detectar mudanas sutis Pico de 250 ms MIN/ MAX para captura de transientes Touch Hold automtico dispara o multmetro para captar leituras estveis Exatido dc melhorada significativamente: + (0.05% + 1) Blindagem de EMI melhorada para leituras estveis perto de aparelhos eletricamente ruidosos Porta de acesso bateria que permite troc-las em violar o selo de calibrao Volts, ohms, corrente, frequnci a, ciclo de atividade e teste de diodo Garantia vitalcia CAT III 1000V

Analisador de qualidade de energia Fluke VX43 O Fluke VX43 executa as Cursores mostram medies que voc dia e horrio de precisa para fazer quedas e subidas manuteno de Obtm e salva at 40 sistemas de energia, transientes de tenso resolver problemas de Forma de onda de energia e diagnosticar corrente Inrush at falhas de 500A com sonda de equipamento. Tudo corrente fornecida numa pea compacta, Opo Connect-andresistente e porttil. View para rpida Tenso True-rms amostragem de para 600V com forma formas de onda de onda. Largura de banda de Corrente True-rms 20 MHz com sonda para 500A com forma de tenso opcional de de onda (at 3000A 10:1. 15kHz no canal com alicate opcional) de corrente com Distoro alicate opcional harmnica total Ohms, continuidade (%THDF e %THDR) e capacitncia Watts at 300kW Memria para 10 com alicate incluso medies Energia aparente Baterias de NiCad (kVA) recarregveis Fator de energia CAT III 600V total (PF) Menus utilizam Fator de energia de terminologia eltrica deslocamento (DPF) familiar fator K Inclui sondas de Frequncia de linha corrente e tenso, (40,0 a 70,0 Hz) software para PC e Harmnicos at 51 cabo ngulo de fase de Inclui manual de fundamentais e aplicaes e vdeo harmnicos sobre resoluo de Rastrea flutuaes de problemas de energia volts e amps de ciclo nico por at 16 dias.

Fluke VX39 Tenso True-rms para 600V com forma de onda Corrente True-rms para 500A com forma de onda (at 3000A com alicate opcional) Distoro harmnica total (%THDF e %THDR) Watts para 300 kW (600 kW com sonda opcional) Energia aparente (kVA) Fator de energia total (PF) Fator de energia de deslocamento (DPF) 3 direta/leituras trifsicas a partir de medies simples monofsicas Fator K Frequncia de 6 Hz a100 Hz (fundamental) Harmnicos at o 31 ngulo de fase de fundamental e harmnico Forma de onda e displays de espectro Modo de registro MIN, MAX e MDIA Modo Zoom Bateria com 48 horas de durao (4 C cells) Porttil, 1 kg Proteo contra surto, 6 kV por IEC 1010-1 CAT III-600V Marcas CE, CSANRTL, TV/GS Inclui alicate de corrente 500A e vdeo Gerenciando sistemas de energia eltrica

Fluke VX41B Tenso True-rms para 600V com forma de onda Corrente True-rms para 500A com forma de onda (at 3000A com alicate opcional) Distoro harmnica total (%THDF e %THDR) Watts para 300 kW (600 kW com sonda opcional) Energia aparente (kVA) Fator de energia total (PF) Fator de energia de deslocamento (DPF) 3 direta/leituras trifsicas a partir de medies simples monofsicas Fator K Frequncia de 6 Hz a100 Hz (fundamental) Harmnicos at o 31 ngulo de fase de fundamental e harmnico Forma de onda e displays de espectro Modo de registro MIN, MAX e MDIA Modo Zoom Bateria com 48 horas de durao (4 C cells) Porttil, 1 kg Proteo contra surto, 6 kV por IEC 1010-1 CAT III-600V Marcas CE, CSANRTL, TV/GS Inclui alicate de corrente 500A e vdeo Gerenciando sistemas de energia eltrica Memria para oito conjuntos de dados completos Interface RS-232 isolada opticamente Software FlukeView incluso Novo software de documentao de dados incluso

Fluke 36 Fluke 36 Diplay digital de 2000 contagens 2% de leitura, exatido bsica para corrente ac 1,9% de leitura, exatido bsica para corrente dc Garantia de um ano Max hold Seleo de faixa manual Ohms Modo de descanso Medio ac Truerms, fator de crista



HOLD H

33TRUE RMS CLAMP METER

RECORDH

MAX SMOOTH AUTO

A0 1 2 3

RMS

40 A

ON MIN SMOOTH MAX CREST Hz RANGE OFF

Fluke 33 Fluke 33 Display anlogo/digital Display digital com 4000 contagens (corrente); display digital com 10.000 contagens (frequncia) True-rms

80i-1000s 80i-1000s Alicate de corrente ac de 1 a 1000 ampere para osciloscpio Funciona com os analisadores de energia modelos 39 ou 41B

80i-500s 80i-500s Alicate de corrente ac de 1 a 500 amp s para osciloscpio Inclu so com os modelos 39 ou 41B

ac de 1 a 600 amp s ac para multmetro

Alicate de corrente

80i-600 80i-600

ac de 1 a 400 amp s para multmetros

Alicate de corrente

80i-400 80i-400

Sonda infravermelho Sonda infravermelho de temperatura 80Tde temperatura 80TIR IR Acessrio de temperatura sem contato para DMMs Faixa: -18C a 260C

Corrente AC de 0,3A a 400A Frequncia Display hold Crista/Picoinstantneo Modo de registro MIN/MAX/MED Fator de cristaVR10 1 VOLTAGERECO EVENT RDER

Vdeos FlukeSistema Registrador de Eventos de Tenso VR101S Sistema Registrador de Eventos de Tenso VR101S Captura e grava o Software EventView horrio de quedas, genera relatrios de elevaes e evento interrupes de compreensveis tenso Registradores Registra tenses de VR101 adicionais pico em transientes podem ser comprados abaixo de 1ms separadamente, para Limites de captura que voc possa selecionveis pelo monitorar vrios usurio locais de uma s vez Armazena at 4000 eventos Monitora receptculos, onde muitas cargas crticas obtm energia Dados enviados ao PC com cabo de interface ptica para anlise com software EventView, incluso no VR101S

Modo de descanso para preservar a vida til da bateria Smoothing TM mostra uma mdia de 3 segundos em curso de corrente ou frequncia

Understanding and Managing Harmonics Understanding and Managing Harmonics Durao: 30 minutos Temas abordados: Definio de harmnico Causas de harmnicos Efeitos de harmnicos Deteco de harmnicos Seleo das ferramentas de teste Planejamento para harmnicos The ABCs of Digital Multimeter Safety The ABCs of Digital Multimeter Safety Durao: 20 minutos Temas abordados: Categorias de sobretenso Equipamentos e procedimentos de trabalho apropriados O que esperar de um multmetro Power Quality Troubleshooting Power Quality Troubleshooting Durao: 30 minutos Leva voc a uma pesquisa sobre qualidade de energia passo-a-passo num grande prdio comercial. Aprenda tcnicas de resoluo de problemas e solues em qualidade de energia.

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