HARMÓNICOS NA REDE FLUORESCENTES E BALASTOS ELECTRÓNICOS OFIMATICA TRANSFORMADOR PRINCIPAL Y MEDIDOR DE CONSUMO FLUORESCENTES E BALASTOS ELECTRÓNICOS OFIMATICA REGULADORES DE VELOCIDADE CONDENSADORES PARA MELHORAR O FACTOR DE POTÊNCIA PROTECÇÕES NA REDE

Este tipo de sinais requer instrumentação TrueRMS Sinais na indústria moderna Este tipo de sinais requer instrumentação TrueRMS

Tipo de Perturbações (II) Perturbações na forma de onda sinusoidal não sinusoidal Harmónicos (THD da tensão <5%)

Tipo de Perturbações (II) Harmónicos. São originados pelas cargas não lineares variadores de velocidade balastos electrónicos equipamentos informáticos A sua circulação pela instalação provoca sobreaquecimento nos condutores (especialmente no neutro) e em máquinas (motores e transformadores). Provocam o disparo intempestivo dos magnetotérmicos e podem explodir se houver baterias de condensadores.

Efeitos e consequências dos harmónicos

O que são os harmónicos?

O que são os harmónicos? + = Lei de Fourier: Qualquer sinal que pode decompor-se é a soma de sinais sinusoidais cuja frequência é múltiplo da frequência fundamental.

por elementos “lineares” HARMÓNICOS Por que é que existem? Carga composta só por elementos “lineares” Corrente Sinusoidal Motor de indução: Tensão Sinusoidal L IR IL R IT Cargas lineares

“lineares” e “não lineares” HARMÓNICOS Por que é que existem? Corrente Não Sinusoidal Carga com elementos “lineares” e “não lineares” Tensão Sinusoidal Máquinas de escritório Balastros electrónicos Variadores de velocidade Cargas não lineares

Formas de Onda Eléctricas HARMÓNICOS O que são os harmónicos? Fundamental (50 Hz) Formas de Onda Eléctricas 3º harmónico (150 Hz) Forma de Onda distorcida

Conceitos relacionados com os harmónicos 1. Ordem do harmónico 2.- Espectro harmónico 3.- Valor Eficaz 4.- Factor de cresta 5.- Distorção harmónica 6.- Factor de potência 7.- Cos 

Efeitos dos harmónicos Classificação Nome Freq. (Hz) Sequência Fund 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 50 100 150 200 250 300 350 400 450 + - 0 + - 0 + - 0 Efeitos dos harmónicos Sequência Rotação Efeitos (Efeito Skin, Correntes parasitas) Positiva Directa Sobreaquecimentos Negativa Inversa Sobreaquecimentos e menor rendimento Zero Nenhuma Somam-se no neutro em sistemas trifásicos

Espectro harmónico 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. As normas já falam de analisar até à 41ª ... Nós determinamos até à 51ª. Medida tomada con un Fluke 43

FORMAS DE ONDA Tensão Sinusoidal Só componente fundamental Corrente Distorcida Fundamental + Harmónicos Gráficos efectuados com um Fluke 41B

3.- Valor eficaz Vrms=Valor eficaz Vm=Valor medio Vp=Valor de pico Vac = Vrms = 220 V Vpico = 311V Vmedio = 0V 220 Vac Vrms: O valor RMS é o valor de tensão ou currente a que nos referimos normalmente, indica-nos a energia do sinal que estamos medindo.

Cargas não lineares Factor de CRESTA Since the RMS value of a pure sinusoid is defined as: then the Peak/RMS ratio is Factor de Cresta (Indica a distorção)

Cargas não lineares Factor de Cresta C.F. = 1.431 C.F. = 2.394 C.F. = 4.684 Note how the ratio of Peak/RMS varies widely depending on the type of distortion on the waveform. For power circuit measurements, a crest factor specification of 3.0 is usually adequate for accurate measurements.

Evolução duma instalação eléctrica Introdução Evolução duma instalação eléctrica Elementos mecânicos/Eléctricos I p Máquinas de escritório Reguladores de velocidade Balastos electrónicos Electrónica

Efeitos e consequências dos harmónicos

Efeitos e consequências dos harmónicos Fábrica de Papel Avaria no transformador central com a incorporação de novos motores Fábrica de Automóveis Não é possível instalar baterias de condensadores para reduzir a potência reactiva: os condensadores queimam-se e saltam os interruptores Edifício de escritórios O serviço técnico da nova fotocopiadora não garante a máquina porque existe uma elevada tensão neutro-terra Companhia de produção de video Os interruptores saltam sem razão aparente, pois a corrente medida não é excessiva

EFEITOS DOS HARMÓNICOS (I) Corrente no Neutro > Corrente de Fase Sobreaquecimento dos condutores de Neutro

SISTEMA EQUILIBRADO 50 A ac 50 A ac 0 A ac 50 A ac Carga equilibrada Secundário do transformador 50 A ac

SISTEMA DESIQUILIBRADO 100 A ac 80 A ac Carga desiquilibrada 30 A ac Secundário do Transformador 120 A ac

SISTEMA EQUILIBRADO COM CARGAS NÃO LINEARES 60 A ac 60 A ac Carga equilibrada não linear 100 A ac Secundário do transformador 60 A ac

EFEITOS DOS HARMÓNICOS (II) Sobreaquecimentos em condutores por correntes de alta frequência. Efeito Skin

EFEITO PELICULAR efeito Skin isolante Coroa condutora para correntes de alta frequência Núcleo do Condutor

EFEITOS DOS HARMÓNICOS (III) Disparos inesperados nos interruptores

EFEITOS DOS HARMÓNICOS (IV) Os condensadores forman circuitos ressonantes com as inductâncias da instalação, amplificando as correntes harmónicas

Produz-se acoplamento com as linhas telefónicas. EFEITOS DOS HARMÓNICOS (V) Os paneis eléctricos vibram com uma frequência audível - Tensão neutro-terra > 0 U=5 V 450 Hz Produz-se acoplamento com as linhas telefónicas.

EFEITOS DOS HARMÓNICOS(VI) Sobreaquecimmento dos enrolamentosos pelas altas frequências Sobreaquecimmento do núcleo pelas correntes parásitas (f2) Perda de rendimento devido aos harmónicos de fase negativa

EFEITOS DOS HARMÓNICOS(VII) Sobreaquecimmento dos enrolamentos pelas altas frequências Sobreaquecimmento do núcleo pelas correntes parasitas (f2) A corrente triplen do neutro fica fechada no primário

LOCALIZAÇÃO DOS HARMÓNICOS NUMA INSTALAÇÃO REGULADORES DE VELOCIDAD Sobrequecimmento dos condensadores Sobreaquecimento nos transformadores REGULADORES DE VELOCIDAD Disparo intempestivo das protecções Sobreaquecimento do neutro Sobreaquecimento dos motores

Efeitos dos harmónicos. Resumo Os efeitos dos harmónicos numa instalação eléctrica são: Ruídos e vibrações de quadros e elementos electromagnéticos (transformadores, motores, etc.) Aquecimento excessivo dos transformadores, alternadores, baterias de condensadores. Aquecimento dos condutores de fases e neutro Mau funcionamento de equipamentos sensíveis Disparos intempestivos de certas protecções. Oscilações na iluminação, monitores (vídeo, informática...). Diminuição do factor de potência.

Consequências dos harmónicos. Resumo Presença de correntes harmónicas importantes. Falta de qualidade da energia Desclassificação de transformadores (um de 1000KVA que dispara a 700KVA) Envelhecimento prematuro dos elementos da instalação Consumo desnecessário de mais potência Perder dados nos computadores Paragens das máquinas - Perdas de dinheiro Etc.

INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO Valor correcto 220 Vdc 220 450 Valor promedio Valor incorrecto (sempre 0V) 220 220 Vac 450 Valor promedio 198 220 450 Valor promedio Valor incorrecto (1.11 veces menor)

INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO dc 220 Vac 450 220 Valor promedio AC x 1,11

INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO dc 220 Vac 450 220 Valor promedio 175 AC x 1,11 Formas de onda não sinusoidais podem provocar erros até 50%!

Confia nas medidas do seu multímetro? INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO VALOR EFICAZ (TRMS) Confia nas medidas do seu multímetro?

Definições do valor eficaz Valor eficaz = valor de AC = valor de alterna Valor eficaz: Medida da energia do sinal Valor eficaz: Medida do aquecimento que se produz numa resistência quando nela passa uma corrente. Exemplo: 220V AC (rms) equivale a 220 V DC Corrente sinusoidal Carga de elementos lineares Tensão sinusoidal

INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO VALOR EFICAZ 220 Vac + 450 220 Valor promedio - R R Vac Vdc -V Detector de verdadeiro AC Mede o valor da tensão AC a partir de uma tensão DC que provoca o mesmo aquecimento sobre uma resistência R

Porque falamos de verdadeiro valor eficaz? Falamos de verdadeiro valor eficaz porque existe instrumentação que não realiza, correctamente, as medidas. Falamos de verdadeiro valor eficaz porque existe instrumentação que supõe que todos os sinais são iguais, isto é, sinais sinosoidais, sinais da rede eléctrica. Falamos de verdadeiro valor eficaz porque existe instrumentação que dá o valor dum sinal em alterna como se fosse o valor eficaz quando na realidade a sua medida não está correcta.

Qual a diferença entre utilizar instrumentação de verdadeiro valor eficaz ou não? Valor do sinal com instrumentação convencional: 1. Calcula o valor médio do sinal rectificado 2. Multiplica o valor médio por 1,11 3. Apresenta o resultado no display do medidor Com instrumentação trueRMS calculamos a energia.

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Veff/Vmédio 22 A TrueRMS 0% Erro 1,11 22 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Veff/Vmédio 21,96 A TrueRMS 2 % Erro 1,14 21,47 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 21,32 A TrueRMS 9 % Erro 1,21 19,48 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 20,32 A TrueRMS 14 % Erro 1,29 17,46 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 18,80 A TrueRMS 20 % Erro 1,39 15,04 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 16,76 A TrueRMS 26 % Erro 1,50 12,39 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 14,27 A TrueRMS 33 % Erro 1,65 9,61 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 11,45 A TrueRMS 39 % Erro 1,83 6,94 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 8,47 A TrueRMS 47 % Erro 2,08 4,52 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 5,53 A TrueRMS 55 % Erro 2,45 2,51 A Convencional

Comparação: Multímetro TrueRMS e Multímetro convencional Fe/m Veff/Vmédio 2,87 A TrueRMS 64 % Erro 3,10 1,03 A Convencional