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CE-3000 - Oscilógrafo e Analisador de Energia. INTRODUÇÃO Com a implantação das normas que definem os índices de qualidade de energia elétrica no Brasil,

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1 CE Oscilógrafo e Analisador de Energia

2 INTRODUÇÃO Com a implantação das normas que definem os índices de qualidade de energia elétrica no Brasil, a utilização de oscilógrafos tem recebido grande importância visto serem essenciais nas interpretações de análises pós distúrbios, permitindo a caracterização dos problemas e as conseqüentes ações corretivas de modo a melhorar os índices estatísticos da qualidade de energia. No entanto, os instrumentos importados são em geral caros, e este tem sido o fator limitante na aplicação generalizada de qualímetros que ficam em geral limitados a pontos estratégicos do sistema. O custo de um instrumento digital pode ser caracterizado de modo simplista pelo custo de desenvolvimento de hardware e software. Visando apresentar ao mercado um instrumento eficiente de baixo custo, desenvolvemos um instrumento que centraliza o processamento na CPU de um notebook. Desta forma, se o usuário já possui um notebook, o preço do instrumento reduz consideravelmente. O instrumento desenvolvido utiliza modelos comerciais de placas de aquisição de dados, o que simplificou ainda mais o desenvolvimento do hardware e do software

3 ESTRUTURA DO INSTRUMENTO

4 Com a estrutura baseada no uso de um computador a capacidade de processamento sempre pode ser atualizada, bastando para tal a troca do micro. A utilização direta do notebook facilita a conexão em rede e a apresentação dos resultados.

5 Como o instrumento utiliza um microcomputador e placas de aquisição trabalhando diretamente no barramento do micro, torna-se fácil gravar os dados na forma de arquivo diretamente no HD, evitando assim a utilização de protocolos de comunicação dedicados e perdas de tempo com a transferência dos dados. Com a utilização de modelos comerciais de placas de aquisição de dados, o instrumento foi concebido sob uma filosofia de desenvolvimento aberta. Assim, como não se trata de um hardware dedicado, com protocolos de comunicação específicos, há uma enorme facilidade de incorporar através de softwares, novas funções ao instrumento. Este oscilógrafo pode ser usado para oscilografar testes em disjuntores e demais necessidades de gravação de sinais analógicos de tensão e corrente e digitais de contatos NA/NF ou tensão.

6 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Freqüência: 0 à 3000 Hz Entradas analógicas: 04 canais de aquisição de tensão, até 250 Vrms, galvanicamente isoladas. 04 canais de aquisição de corrente, galvanicamente isoladas, configuradas para aquisições diretamente de TCs, até 20 Arms, ou através de clamps, até 1000 Arms. Entradas binárias: 08 Entradas binárias, galvanicamante isoladas, configuradas para registrar atuações de contatos secos ou por tensão DC até 250 V. Saídas binárias: 02 saídas binárias por contato, sendo 01 NA e 01 NF, para acionamento ou sinalização de circuitos com correntes até 1A e tensões até 250 V;

7 Aquisição de dados: Interface com notebook via placa DAQCard 6062E da National Instrument, com resolução de 12 bits. Freqüência de amostragem superior à 6 kHz por canal (104 amostras por ciclo para oscilografia e 128 amostras para análise de qualidade). Aquisição ciclo a ciclo para a oscilografia, e a cada 1 segundo ou mais para análise de qualidade de energia. Memória: Alocada no HD do micro. Softwares: Software de Oscilografia – Oscil.exe Software de Análise de Qualidade – AnEl.exe Precisão: melhor que 0,2% Dimensão: 280 x 305 x 125 mm. Alimentação: VAC/ VDC;

8 O sistema condicionador de sinais permite a aquisição de 04 sinais de tensão de até 250 volts, 04 sinais de correntes, que podem ser configurados para aquisição direta, via bornes de entrada dimensionados para até 20 ampères, ou através de clamps da Fluke. Os clamps utilizados, além de uma boa resposta em freqüência, possuem escalas de 10/100/1000 ampères, permitindo assim medições primárias e secundárias. Os canais de aquisição analógicos, tanto os de tensão como os de corrente, utilizam transdutores de efeito Hall, garantindo o isolamento entre os canais, excelente precisão e linearidade. Todos os canais de aquisição podem ser calibrados através de um software, de acordo com os padrões de aferição do usuário, até mesmo os clamps podem ser calibrados. Esta calibração explora toda a faixa de freqüência, tornando o instrumento ainda mais preciso. A placa de aquisição utilizada, permite através de configurações de ganhos, o ajuste de faixas efetivas para a resolução, assim é possível considerar esta resolução para faixas de 10V, 5V, 2,5 V, 1 V, 500 mV, 250 mV, 100 mV e 50 mV, garantindo excelente resolução mesmo para sinais de baixa amplitude, minimizando os erros de quantitização.

9 As 08 entradas binárias, para registro de atuação de contato, podem ser configurados, individualmente, para detecção de contatos secos ou de tensão. A figura abaixo ilustra o circuito de uma das entradas binárias.

10 O SOFTWARE DE OSCILOGRAFIA Desenvolvido em Visual Basic, o software é amigável e dispões de vários recursos que facilitam a visualização e a análises dos sinais aquisitados. Todos os recursos do hardware são configurados pelo software. Através do software o usuário configura se os sinais de corrente serão lidos diretamente pelos bornes de entrada ou através dos Clamps, se a aquisição será disparada imediatamente pelo software ou através de triggers externos, os tipos de triggers usados e os limites para disparo, os níveis máximos de amplitude para que o software defina a melhor faixa para resolução, etc. Aquisição ciclo a ciclo A aquisição pode ser configurada para ser disparada por trigger externo. O trigger pode ser a atuação de um determinado contato e/ou quando um determinado sinal atingir um valor máximo ou mínimo.

11 Permite a apresentação dos resultados em até 16 gráficos. O usuário pode definir quais canais serão apresentados em cada gráfico. Até mesmo todos os canais podem ser apresentados em um único gráfico. A cada sinal pode ser aplicado uma valor de relação de transformação, relacionando a aquisição à valores primários e secundários. Além das formas de onda, o oscilógrafo permite a visualização dos valores RMS, de variação da freqüência, e da decomposição harmônica dos sinais até a 50 a ordem (distorção harmônica individual e total). O usuário pode ainda visualizar os resultados na forma de fasores. Controle de zoom. Permite a visualização da aquisição ponto a ponto e dos valores máximos e mínimos dentro do intervalo selecionado pelo zoom. A aquisição pode ser gravada em arquivo. O usuário pode escolher quais os canais e o intervalo de aquisição que deseja gravar.

12 << Para iniciar a aquisição, clique no menu Arquivo << E então, clique em Novo (Aquisição) Tela de definição dos parâmetros de aquisição. Nesta tela o usuário define os canais que deseja aquisitar, o tempo de aquisição, o trigger de disparo, etc. << Clique em Configurar Hardware para verificar os detalhes de configuração do hardware Tela principal do software. Nesta tela é feita a configuração do hardware. Nela o usuário define se a aquisição de corrente será feita diretamente ou através de clamps, seleciona o arquivo de calibração dos clamps e o clamp utilizado em cada canal, configura as entradas binárias, etc. << Clique em Confirmar para confirmar as configurações Com os parâmetros definos, clique >> em Iniciar para diparar a aquisição Como foi definido disparo por trigger, o software fica monitorando ciclo a ciclo o sistema até que uma das condições de disparo definida ocorra. >

13 << Clique neste ícone para configurar a apresentação dos gráficos Nesta tela é feita a configuração da apresentação. Nela o usuário define tamanho e cores dos gráficos, quais canais serão apresentados em cada gráfico, se será visualizado formas de onda, valores RMS ou de variação da freqüência no tempo, escalas e relações de transformação, etc. << Clique em Apresentação para outras configurações << Clique em Escalas para outras configurações Clique em OK para >> confirmar as configurações Conforme as configurações de apresentação definidas, as três formas de onda de tensão passaram a ser mostradas em um único gráfico, no gráfico superior, bem como as três formas de onda de corrente no gráfico inferior. >

14 << Clique neste ícone para apresentação dos gráficos na forma fasorial << Clique novamente para voltar finalizar a apresentação dos gráficos na forma fasorial << Clique neste ícone para apresentação dos gráficos de distorção harmônicas

15 O SOFTWARE DE ANÁLISE DE QUALIDADE DE ENERGIA Afim de ilustrar toda a potencialidade do instrumento e mostrar a vantagem de se trabalhar com uma filosofia de projeto aberta, segue abaixo uma especificação do software de qualidade de energia, projetado para trabalhar com o mesmo hardware. No processo de aquisição é feita a amostragem simultânea de 1 ciclo de cada canal, a cada 1 segundo ou mais (tempo entre amostras). Cada ciclo é amostrado em 128 pontos. Sob os dados amostrados é aplicada a FHT (Fast Hartley Tranforms) e então processado os cálculos. Como a aquisição não é feita ciclo a ciclo, o software se restringe as análises de fenômenos observados com duração maior que um segundo. O software permite realizar as seguintes análises: Distorção harmônica total e individual; Fluxo de potência harmônica; Variação da tensão e corrente no tempo; Potência e consumo no tempo; Desequilíbrio;

16 Desenvolvido em Visual Basic, o software é amigável e dispões de vários recursos que facilitam a visualização e a análises dos sinais aquisitados. Todos os recursos do hardware são configurados pelo software. Trabalha com alocação dinâmica de memória, permitindo a aquisição dos sinais de tensão e corrente, com conteúdo harmônico até a 50 a ordem, para freqüências fundamentais de 50 ou 60 Hz. Todos os principais cálculos são feitos durante o processo de aquisição, fazendo com que o tempo de processamento das análises seja bastante reduzido. O usuário pode definir um subintervalo dentro do intervalo total de aquisição denominado Intervalo de análise de tal forma que as análises são feitas considerando apenas o intervalo selecionado. Para cada análise é mostrada as ocorrências máximas, médias e mínimas, dentro do intervalo de análise considerado. Os dados amostrados podem ser gravados em arquivos de forma total ou parcial considerando apenas o intervalo de análise selecionado.

17 Uma peculiaridade do software é a análise da potência harmônica, que visa determinar o sentido do fluxo da potência harmônica de forma a tentar descobrir em qual lado do sistema se encontra a maior fonte de corrente harmônica para cada ordem. O software permite realizar pesquisas, procurando por ocorrências cujos limites são definidas pelo usuário. Desta forma é possível verificar, por exemplo, se o nível de distorção harmônica total atingiu um determinado valor limite, se a tensão se encontra dentro de uma faixa preestabelecida, etc. A pesquisa identifica os locais (intervalos de tempo) e o número de ocorrências encontradas. Vários tipos de pesquisas podem ser feitos simultaneamente.

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26 CONCLUSÃO Oscilógrafos são geralmente caros, o que normalmente restringe sua aplicação onde há grandes exigências de confiabilidade. No entanto, instrumento descrito é um instrumento simples, com concepção aberta e que utiliza todo o potencial de um micro, tendo como principal vantagem o baixo custo, o que viabiliza sua utilização em maior escala. Se o usuário já possui um microcomputador, a placa de aquisição poderá ser instalada nele, desta forma não é necessário a aquisição de um novo micro junto com instrumento, o que reduz ainda mais o custo. A utilização do micro facilita a conexão em rede. Com o instrumento em rede, a medição pode ser feita a distância, eliminando o custo com o deslocamento de pessoal. Deve-se ressaltar também a vantagem do sistema trabalhar com uma filosofia aberta baseada na utilização de modelos comerciais de placas de aquisição de dados. Assim, como não se trata de um hardware dedicado, com protocolos de comunicação específicos, há uma enorme facilidade de incorporar novas funções ao instrumento.


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