Qualidade de Energia Monitorização e Soluções reparadoras para problemas de qualidade

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

2. Monitorização MEEC - Qualidade de Energia

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

4. 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. MEEC - Qualidade de Energia

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

6. 220 0 450 Valor promedio INSTRUMENTAÇÃO DE VERDADEIRO VALOR EFICAZ +V 220 Vac + - R R Vdc Vac -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 MEEC - Qualidade de Energia

7. 220 0 450 Valor promedio INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO dc 220 Vac x 1,11 AC MEEC - Qualidade de Energia

8. 220 175 0 450 Valor promedio INSTRUMENTAÇÃO DE VALOR MÉDIO Formas de onda não sinusoidais podem provocar erros até 50%! dc 220 Vac x 1,11 AC MEEC - Qualidade de Energia

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

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

11. MEDIÇÃO DA POLUIÇÃO HARMÓNICA • 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 MEEC - Qualidade de Energia

12. Servidor do sistema Terminais de apoio à monitorização e carregamento de dados Internet ou Intranet Sistema de armazenamento10 a 20 Gigabyte MEEC - Qualidade de Energia

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

14. Custos Soluções Reparadoras MEEC - Qualidade de Energia

15. Harmónicos Soluções reparadoras MEEC - Qualidade de Energia

16. 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? MEEC - Qualidade de Energia

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

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

19. 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 MEEC - Qualidade de Energia

20. 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 MEEC - Qualidade de Energia

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

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

23. 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 MEEC - Qualidade de Energia

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

25. FILTRAGEM PASSIVA • 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 MEEC - Qualidade de Energia

26. FILTRAGEM ACTIVA • 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) MEEC - Qualidade de Energia

27. Cavas e interrupções Soluções reparadoras MEEC - Qualidade de Energia

28. Reparação de cavas MEEC - Qualidade de Energia

29. Especificar o equipamento • 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 MEEC - Qualidade de Energia

30. 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 MEEC - Qualidade de Energia

31. Soluções reparadoras de cavas e interrupções • 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 MEEC - Qualidade de Energia

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

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

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

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

36. 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 MEEC - Qualidade de Energia

37. SMESSuperconducting Magnetic Energy Storage MEEC - Qualidade de Energia

38. 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 * W2 I - Momento de inércia W - Velocidade angular MEEC - Qualidade de Energia

39. 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 MEEC - Qualidade de Energia

40. 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) MEEC - Qualidade de Energia

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

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

43. 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,...) MEEC - Qualidade de Energia

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

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

46. 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...) MEEC - Qualidade de Energia