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Qualidade de Energia Harmónicas

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Apresentação em tema: "Qualidade de Energia Harmónicas"— Transcrição da apresentação:

1 Qualidade de Energia Harmónicas
Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores MEEC - Qualidade de Energia

2 MEEC - Qualidade de Energia
Introdução Causas principais da sua ocorrência Distorção harmónica total Caracterização de cargas não lineares típicas Implicações da presença de harmónicas Metodologias para análise de regimes harmónicos MEEC - Qualidade de Energia

3 MEEC - Qualidade de Energia
Tensões harmónicas Tensão sinusoidal cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental da tensão. A deformação na forma de onda da tensão é originada pela circulação de correntes absorvidas por certos equipamentos As cargas não lineares crescem todos os dias e já existem sectores onde a percentagem já se aproxima dos 100%. MEEC - Qualidade de Energia

4 MEEC - Qualidade de Energia
Factor de Potência Para a fundamental mantêm-se válidas as habituais simplificações para análise de SE MEEC - Qualidade de Energia

5 MEEC - Qualidade de Energia
Factor de Potência Em caso de distorção P pouco afectada pela distorção harmónica S e Q muito afectadas pela distorção harmónica Q1 utilizado para compensar cos MEEC - Qualidade de Energia

6 Distorção total harmónica
Itotal(RMS) - Valor eficaz da da soma de todas as currentes incluindo a fundamental In - Corrente harmónica de ordem n MEEC - Qualidade de Energia

7 Conteúdo harmónico crescente
A utilização intensiva de cargas não lineares é generalizada nas instalações modernas. Um edifício de escritórios ou comércio apresenta hoje em dia mais de 60% de cargas não lineares. Em muitas indústrias as cargas não lineares representam mais de 45% da carga total As cargas não lineares geram harmónicas de corrente. MEEC - Qualidade de Energia

8 Conteúdo harmónico crescente
O grande crescimento do sector dos serviços e a galopante transformação tecnológica estão na base dos problemas dos harmónicos A distorção harmónica total (THD) da tensão está a crescer a uma taxa de 1% em cada 10 anos A harmónica mais significativa é a quinta; A primeira causa da distorção harmónica surge da produção maciça de equipamentos não lineares ligados à rede pública de baixa tensão MEEC - Qualidade de Energia

9 Harmónicas de corrente num sistema trifásico Sistema sem harmónicas
IR IS IT MEEC - Qualidade de Energia

10 Harmónicas impares múltiplos de 3 (3ª, 9ª, 15ª ...)
Evidenciam a importância de um bom sistema de terras das instalações (sobretudo nos sistema TN) MEEC - Qualidade de Energia

11 Harmónicas de corrente Presença da 3ª harmónica
Qual é o conteúdo harmónico da corrente nesta linha? MEEC - Qualidade de Energia

12 Harmónica impares múltiplos de 3
Evidenciam a importância do tipo de transformadores trifásicos utilizados MEEC - Qualidade de Energia

13 Harmónicas de corrente Impacto nas instalações
A presença de harmónicas múltiplas de 3 conduz-nos a uma corrente no neutro muito superior à esperada, e em muitos casos superior à corrente nas fases. Especial cuidado merecem aplicações com cabos longos onde L é relevante porque neste caso a queda de tensão na reactância pode assumir valores significativos Quando estamos na presença de regimes TN o problema pode ter outras implicações pela circulação em regime permanente de correntes elevadas nos condutores de protecção, destruindo as equipotencialidades e provocando aquecimentos não esperados MEEC - Qualidade de Energia

14 Harmónicas de corrente Presença da 3ª harmónica
Representação da fundamental e da terceira harmónica MEEC - Qualidade de Energia

15 Presença da 3ª harmónica
Para uma taxa de distorção harmónica THD I* maior que 38% a corrente no neutro > corrente nas fases * A taxa de distorção harmónica resultantes das harmónicas múltiplas de 3 > 38% MEEC - Qualidade de Energia

16 Harmónicas de corrente & Harmónicas de tensão
A forma de onda da corrente depende da carga Como é que se formam as harmónicas de tensão? MEEC - Qualidade de Energia

17 Harmónicas de tensão Para a harmónica de ordem n ...... Un = ZnIn I Z
Carga não linear Z Z MEEC - Qualidade de Energia

18 Impacto nos transformadores
Se o transformador está dimensionado em função da potência aparente, a presença de harmónicas resulta num valor eficaz superior ao nominal As correntes de Foucault que resultam da magnetização do transformador originam perdas que são proporcionais ao quadrado da frequência As harmónicas de tensão originam ainda perdas suplementares entre duas lâminas consecutivas MEEC - Qualidade de Energia

19 MEEC - Qualidade de Energia
Impacto nos motores As harmónicas de tensão originam perdas suplementares (devido às correntes de Foulcaut) que diminuem a eficiência dos motores. As harmónicas de tensão induzem harmónicas de corrente nos rotores dos motores que produzem binários pulsantes responsáveis por vibração das máquinas MEEC - Qualidade de Energia

20 Impacto nos condensadores
A presença de harmónicas de tensão faz circular nos circuitos com condensadores correntes superiores à corrente nominal porque Não deve ser desprezado o efeito amplificador que os circuitos ressonantes LC têm muitas vezes. MEEC - Qualidade de Energia

21 Exemplo prático – Fábrica de pasta de papel
Conteúdo harmónico da tensão nas mesmas condições de carga Sem bateria de condensadores para correcção do factor de potência Com bateria de condensadores para correcção do factor de potência MEEC - Qualidade de Energia

22 Impacto nos sistemas informáticos
A presença de harmónicas de tensão aumenta os erros na transmissão de dados, reduzindo as velocidade de comunicação. Na indústria os sinais de processo são afectados, originando medidas erradas e perturbando os sistemas de controlo de processo Os efeitos das harmónicas de tensão sobre equipamentos que usam a rede como sinal de sincronismo (por exemplo soft starters) levam a perturbações que muitas vezes originam o reset do sistema MEEC - Qualidade de Energia

23 Impactos da poluição harmónica
Sobreaquecimento dos cabos e transformadores Destruição de condensadores Binários oscilatórios Saturação de transformadores Diminuição da precisão dos aparelhos de medição Mau funcionamento de equipamentos electrónicos que utilizem a tensão como referência MEEC - Qualidade de Energia

24 HARMÓNICAS - CONSEQUÊNCIAS
Transformadores - sobreaquecimento, ressonância entre a sua indutância e as capacidades do sistema, saturação, vibrações nos enrolamentos e desgaste do isolamento entre lâminas Máquinas rotativas - sobreaquecimento, vibrações, binários pulsantes, etc. Rectificadores e reguladores de tensão - múltipla detecção de cruzamento, valores elevados de dV/dt que podem levar ao disparo indevido de tiristores, etc. Relés de protecção - operações indevidas ou até mesmo impedimento da operação dos mesmos MEEC - Qualidade de Energia

25 HARMÓNICAS - CONSEQUÊNCIAS
Disjuntores e fusíveis - perturbação das suas características de interrupção Aparelhos de medida - diminuição da precisão Condensadores - aumento da sua dissipação térmica e deterioração do seu dieléctrico Condutores - sobreaquecimento em condutores de neutro Telefones - a proximidade entre linhas telefónicas e condutores eléctricos propiciam a indução de ruído nos canais telefónicos Equipamentos e instrumentos electrónicos - mau funcionamento MEEC - Qualidade de Energia

26 Procedimentos para diminuir os impactos dos harmónicos elevados
Identificar as fontes de perturbação O problema está nas harmónicas de corrente ou tensão? Que equipamentos geram conteúdos harmónicos de corrente elevados? MEEC - Qualidade de Energia

27 Procedimentos para diminuir os impactos dos harmónicos elevados
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 Redimensionamento das reservas dos transformadores Redesenhar os sistemas de alimentação Separação de cargas poluentes das não poluentes Equipotencializar as malhas de protecção MEEC - Qualidade de Energia

28 Procedimentos para diminuir os impactos dos harmónicos elevados
Utilização de filtros passivos – A utilizar quando fenómenos ressonantes amplificam os conteúdos harmónicos de tensão O cálculo 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 MEEC - Qualidade de Energia

29 Procedimentos para diminuir os impactos dos harmónicos elevados
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 MEEC - Qualidade de Energia

30 MEEC - Qualidade de Energia
CARGAS NÃO LINEARES Domésticas Industriais Serviços Iluminação Locomotivas eléctricas Iluminação Televisores Electroquímica Computadores Microondas Fornos de arco UPS Países desenvolvidos - Cargas não lineares com peso acima dos 50%. MEEC - Qualidade de Energia

31 Monitorização de Lâmpadas Fluorescentes
MEEC - Qualidade de Energia

32 MEEC - Qualidade de Energia
Televisor MEEC - Qualidade de Energia

33 MEEC - Qualidade de Energia
Forno Microondas MEEC - Qualidade de Energia

34 LOCOMOTIVA A TIRISTORES TENSÃO 25 kV
MEEC - Qualidade de Energia

35 ELECTROQUÍMICA COM COMPENSAÇÃO REACTIVA TENSÃO 15 kV
MEEC - Qualidade de Energia

36 Agrupamento em harmónicas pares e impares
O agrupamento em harmónicas pares e ímpares e nestas em múltiplas de 3 e não múltiplas de 3 deve-se a: harmónicas pares - dá origem a componentes contínuas, meia onda positiva diferente de meia onda negativa (notar que os valores são mais reduzidos) harmónicas ímpares múltiplas de 3 - em sistemas trifásicos as harmónicas das três fases somam-se no circuito de neutro. MEEC - Qualidade de Energia

37 MEEC - Qualidade de Energia
Valores definidos pela EN para a distorção harmónica em Baixa Tensão MEEC - Qualidade de Energia

38 MEEC - Qualidade de Energia
Valores definidos pela EN para a distorção harmónica em Média Tensão MEEC - Qualidade de Energia

39 Barramento 15 kV-fase R - (registo semanal)
MEEC - Qualidade de Energia


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