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MEEC - Qualidade de Energia1 Qualidade de Energia Monitorização e Soluções reparadoras para problemas de qualidade Humberto Jorge Mestrado em Engenharia.

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1 MEEC - Qualidade de Energia1 Qualidade de Energia Monitorização e Soluções reparadoras para problemas de qualidade Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

2 MEEC - Qualidade de Energia2 Monitorização

3 MEEC - Qualidade de Energia3 Monitorização Este tipo de sinais requer instrumentação TrueRMS

4 MEEC - Qualidade de Energia4 Espectro harmónico é o gráfico de barras que mostra os distintos harmónicos que formam o sinal, indicando a ordem e a percentagem de cada harmónico no sinal. Espectro harmónico

5 MEEC - Qualidade de Energia5 FORMAS DE ONDA Tensão Sinusoidal Só componente fundamental Corrente Distorcida Fundamental + Harmónicos

6 MEEC - Qualidade de Energia6 INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO VALOR EFICAZ 220 Vac Mede o valor da tensão AC a partir de uma tensão DC que provoca o mesmo aquecimento sobre uma resistência R + - +V -V Detector de verdadeiro AC Valor promedio Vac Vdc RR

7 MEEC - Qualidade de Energia7 INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO 220 Vac x 1,11 AC dc Valor promedio

8 MEEC - Qualidade de Energia8 INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO 220 Vac x 1,11 AC dc Valor promedio 175 Formas de onda não sinusoidais podem provocar erros até 50%!

9 MEEC - Qualidade de Energia9 Multímetro TrueRMS - Multímetro convencional Convencional TrueRMS 18,80 A 15,04 A Erro 20 % Fe/m 1,39 Veff/Vmédio

10 MEEC - Qualidade de Energia10 Erros em função de THD Erro de medida (%) THD (%) (%)

11 MEEC - Qualidade de Energia11 Aparelho específico orientado para o enquadramento normativo Funcionamento autónomo Parametrização a gosto Memória para armazenamento de dados Software de trabalho Comunicação com computador Fácil organização dos dados MEDIÇÃO DA POLUIÇÃO HARMÓNICA

12 MEEC - Qualidade de Energia12 Internet ou Intranet Terminais de apoio à monitorização e carregamento de dados Servidor do sistema Sistema de armazenamento 10 a 20 Gigabyte

13 MEEC - Qualidade de Energia13 Barramento 15 kV-fase R (registo semanal)

14 MEEC - Qualidade de Energia14 Custos Soluções Reparadoras

15 MEEC - Qualidade de Energia15 Harmónicos Soluções reparadoras

16 MEEC - Qualidade de Energia16 Acções preventivas para harmónicos Identificar as fontes de perturbação –O problema está nas harmónicas de corrente ou tensão? –Que equipamentos geram conteúdos harmónicos de corrente elevados?

17 MEEC - Qualidade de Energia17 Aumento da potência de curto-circuito Evitar situações de ressonância Aquisição de equipamento com emissão de baixo teor harmónico POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas preventivas

18 MEEC - Qualidade de Energia18 Filtragem activa e passiva Aumento da potência de curto-circuito Eliminar situações de ressonância (Transformadores / cabos / condensadores de compensação de reactiva) POLUIÇÃO HARMÓNICA - Medidas correctivas

19 MEEC - Qualidade de Energia19 Acções preventivas para harmónico 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 (1) Redimensionamento das reservas dos transformadores Redesenhar os sistemas de alimentação Separação de cargas poluentes das não poluentes Equipotencializar as malhas de protecção (1) Esta metodologia é a mais simples, a mais económica e tem a enorme vantagem de terminado este estudo ficarmos a conhecer detalhadamente a instalação, as reservas de potência disponíveis e determinar prioridades de investimento na rede eléctrica

20 MEEC - Qualidade de Energia20 Acções correctivas para harmónicos Utilização de filtros passivos – A utilizar quando fenómenos ressonantes amplificam os conteúdos harmónicos de tensão –O calculo 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

21 MEEC - Qualidade de Energia21 Filtro Passivo (paralelo) Elimina a 3ª harmónica

22 MEEC - Qualidade de Energia22 Filtro passivo (série) (cargas sensíveis)

23 MEEC - Qualidade de Energia23 Acções correctivas para harmónicos 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

24 MEEC - Qualidade de Energia24 Filtros activos Este filtro injecta componentes harmónicos com fase oposta à das harmónicas reais

25 MEEC - Qualidade de Energia25 Filtro clássico (circuito LC) Inconvenientes: Necessidade de instalar tantos filtros como harmónicas a filtrar Variável no tempo Anti-ressonante (amplificação das componentes de frequência inferior à frequência a filtrar Dificuldade de reforçar a potência Interacção entre instalações vizinhas FILTRAGEM PASSIVA

26 MEEC - Qualidade de Energia26 Vantagens: Filtragem simultânea em algumas harmónicas Não varia no tempo Não tem o fenómeno de ressonância Sem interacção com instalações vizinhas Possibilidade de compensar outros fenómenos (flicker, desequilíbrio) FILTRAGEM ACTIVA

27 MEEC - Qualidade de Energia27 Cavas e interrupções Soluções reparadoras

28 MEEC - Qualidade de Energia28 Reparação de cavas

29 MEEC - Qualidade de Energia29 O utilizador deve definir a importância do equipamento se crítico adoptar medidas de protecção que garantam um bom desempenho do equipamento, se não ponderar a hipótese de tais medidas não serem justificáveis Não utilizar equipamento problemático Exigir ao construtor as curvas CBEMA do equipamento Especificar o equipamento

30 MEEC - Qualidade de Energia30 Soluções reparadoras de cavas e interrupções Quer se trate duma fonte de energia armazenada ou de uma fonte de energia alternativa, devem ter capacidade para: entrar rapidamente em funcionamento estar sempre on-line

31 MEEC - Qualidade de Energia31 UPS-Uninterruptible Power Supply on line standby híbridos Transformadores Ferro-ressonantes Armazenamento de energia SMES- Superconducting Magnetic Energy Storage Flywheels Super condensadores Geradores (Grupos de emergência) Microturbinas Células combustíveis Soluções reparadoras de cavas e interrupções

32 MEEC - Qualidade de Energia32 On-line UPS A carga é sempre alimentada através da UPS Mais caras e com mais perdas

33 MEEC - Qualidade de Energia33 Standby UPS Tempo de transferência da linha para a bateria é importante A linha alimenta a carga até ocorrer o distúrbio

34 MEEC - Qualidade de Energia34 UPS híbridas Como as standby, mas com regulador de tensão para actuar no momento da transferência

35 MEEC - Qualidade de Energia35 Transformadores Ferro-ressonantes Transformadores 1:1 excitados na curva de saturação a saída não é afectada por V in Aplicação Cargas constantes cargas variáveis resultam em problemas para os CVT Cargas de pequena potência Transformadores de Tensão constante - Constante Voltage Transformers)

36 MEEC - Qualidade de Energia36 SMES- Superconducting Magnetic Energy Storage Vantagens espaço físico necessário para armazenar o magnete é muito reduzido comparativamente ao necessário para armazenar baterias menos ligações do que as necessárias para UPS MAIOR fiabilidade MENOR necessidade de manutenção

37 MEEC - Qualidade de Energia37 SMES Superconducting Magnetic Energy Storage

38 MEEC - Qualidade de Energia38 Flywheels Acumuladores electromecânicos de energia Compactos - Grande densidade de energia (até 400 Wh/Kg) Capacidade de débito de grandes correntes Elevado rendimento (90%) E=1/2 * I * W 2 I - Momento de inércia W - Velocidade angular

39 MEEC - Qualidade de Energia39 Super condensadores Dispositivos armazenadores de energia eléctrica Aplicação de novas tecnologias aos condensadores Permitem obter capacidades muito elevadas –Elevada densidade de energia (4000 Wh/Kg) –Elevada potência instantânea Fabricados a partir de carbono –não tóxico –relativamente barato Longevidade e amigo do ambiente

40 MEEC - Qualidade de Energia40 Super condensadores 2500 F (7200 J) 160x60x60 mm (720 g) UPS com super condens. da ESMA (1 MW durante 1 s) (100 kW durante 10 s)

41 MEEC - Qualidade de Energia41 Soluções para o Distribuidor Melhor adequação dos meios às novas realidades Supressão de perturbações na zona proibida (curva CBEMA) Monitorização de circuitos críticos

42 MEEC - Qualidade de Energia42 Reparador Dinâmico da Onda da Tensão (DVR)

43 MEEC - Qualidade de Energia43 Soluções para o consumidor Mais Informação Monitorização de circuitos críticos Melhor adequação das instalações (+ protecção, filtragem,...) Maior nível de exigência com fornecedores de equipamento e prestadores de serviços Melhor nível de manutenção (Medição das terras, reapertos, termografia,...)

44 MEEC - Qualidade de Energia44 Projectistas Conhecer com detalhe a problemática; Defender sempre as soluções que conduzam à melhor exploração; Utilizar tecnologia adequada a cada caso;

45 MEEC - Qualidade de Energia45 Algumas sugestões para edifícios Cabos com 1 neutro por fase ou neutro reforçado

46 MEEC - Qualidade de Energia46 Algumas sugestões para edifícios Alimentação independente para circuitos com cargas não lineares (e eventualmente introduzir filtragem) Projectar com quedas de tensão < 3% em circuitos com cargas sensíveis Utilizar protecções adequadas (térmica / diferencial / falha de fase / sobretensões...)


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