Aspectos Gerais de Medição de Qualidade de Energia e casos Práticos. Mateus Duarte Teixeira BREE, UFPR e SBQEE

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1 Aspectos Gerais de Medição de Qualidade de Energia e casos Práticos Mateus Duarte Teixeira BREE, UFPR e SBQEE

2 Agenda 1. Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de distribuição; 2. O PORODIST e os desafios para medição 3. Objetivos da Medição 4. Equipamentos de medição (ONS e IEC) 5. Medições 6. Premissas básicas para estudos de qualidade de energia 7. Casos Reais (Notching, Harmônicos e VTCD

3 Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de distribuição Do PRODIST (Módulo 8): 11.1 Os estudos específicos de qualidade da energia elétrica deverão avaliar o potencial impacto da conexão e operação do acessante É obrigatória a realização dos estudos no caso de acessante potencialmente perturbador A distribuidora deve definir os tipos de instalações elétricas potencialmente perturbadoras.

4 Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de distribuição Do PRODIST (Módulo 8): 11.3 Caso se verifique nos estudos específicos que há problema de qualidade da energia elétrica, a instalação dos equipamentos de correção ou outras adequações necessárias deverão ser providenciadas pelo acessante e/ou acessada requisitos e procedimentos para fins de acesso ao sistema de distribuição deverão observar o Módulo 3 do PRODIST.

5 Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de distribuição São potencialmente perturbadoras as cargas ou gerações cuja operação possa afetar os itens de qualidade de produto da rede de distribuição, tais como: variações nos níveis de tensão da rede; elevações nos níveis de distorções harmônicas na tensão; desequilíbrio nas tensões da rede; flutuações no valor eficaz da tensão; variações de curta duração na tensão; variações de frequência.

6 Estudos específicos de QEE para acesso aos sistemas de distribuição Cargas potencialmente perturbadoras: Fornos elétricos a arco (Harmônicos, VTCD, Flutuação, etc.) fornos de indução (Harmônicos) Laminadores (VTCD, Flutuação) Motores controlados por inversores, retificadores e conversores (Harmônicos) Grandes motores (VTCD) Geradores fotovoltaicos ou eólicos (Harmônicos, interharmônicos) Bancos de capacitores (Harmônicos)

7 O PORODIST e os desafios para medição Como fazer a medição? Campanhas de medição? Eventos em regime permanente Quanto tempo? Medições ininterruptas? Eventos transitórios Infraestrutura Medidores, comunicação e armazenamento de dados. Quem é o responsável por medir e tratar os dados?

8 Objetivos da Medição A tarefa mais importante em qualquer projeto de monitoramento é definir claramente os objetivos de monitoramento. Caracterizar a perturbação em local particular do circuito elétrico. Diagnosticar incompatibilidades entre a fonte e a carga. Avaliar o ambiente elétrico em um local específico para refinar técnicas de modelagem ou para desenvolver uma linha de base de qualidade de energia. Prever o desempenho de equipamentos ou soluções atenuantes do problema de qualidade de energia.

9 Objetivos da Medição Infraestrutura: Definição de tipo e classe de equipamento de medição; Definição do local da instalação Definição de ajustes e trigger Escolha do tipo de sensor/transdutor Necessidade de aterramento.

10 Equipamentos de medição Osciloscópio/Oscilógrafos Extremamente valiosos para medições em tempo real Análise visual das formas de onda da tensão e corrente Muito bom para distorções harmônicas e fenômenos transitórios Há modelos que possuem memória bem como medição de potências Modelos mais novos são pequenos e portáteis

11 Equipamentos de medição

12 Equipamentos de medição Analisador da Qualidade da Energia Elétrica Qualímetro A norma IEC São descritos métodos de medição para cada parâmetro relevante para que sejam dados resultados confiáveis e repetíveis, independentemente da implementação do método. Classe A - Devem satisfazer os mais elevados requisitos de desempenho e precisão (metrologia) da norma Processamento paralelo ininterupto. Classe S - Úteis para levantamentos estatísticos e aplicações contratuais onde não existem conflitos. Os requisitos de precisão e desempenho são menos rigorosos do que para a Classe A.

13 Equipamentos de medição Analisador da Qualidade da Energia Elétrica Qualímetro Portátil ou de painel Trifásicos e monofásicos Medição de distorções harmônicas, desequilíbrios, VTCD s, potências, corrente, tensão, dentre entre outros, simultaneamente Disponibiliza formas de onda da tensão e corrente, bem como o espectro harmônico

14 Equipamentos de medição Analisador da Qualidade da Energia Elétrica Qualímetro Apesar de armazenar fenômenos transitórios, nem todos os modelos contêm taxa de amostragem adequada Alguns modelos disponibilizam a medição de flutuação de tensão Possui boa memória para armazenamento de dados

15 Equipamentos de medição Analisador da Qualidade da Energia Elétrica Qualímetro Lista de Equipamentos ONS

16 Sensores Medição de tensão Acesso direto em BT Transformadores de Potencial Indutivos (TPI) Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC) Divisores Capacitivos de Potencial (DPC) Tap da Bucha Capacitiva de Reatores ou Transformadores (TAP)

17 Sensores Medição de tensão

18 Sensores Medição de Corrente Transformadores de Corrente (TC) Bobina de Rogowski Medidor efeito Hall

19 Características Gerais - Medições Prever alimentação para os instrumentos através do banco de baterias ou no-breaks ; Equipamentos de medição devem ser colocados sobre superfície que não esteja sujeita a choques e vibrações mecânicas; Os instrumentos a serem usados na campanha de medição devem ser calibrados antes de ir ao campo. O período entre a última calibração e a da data da campanha de medição deverá ser inferior a um ano.

20 Características Gerais - Medições Realização de testes mínimos no campo: Teste de amplitude do sinal: Todas as fases do instrumento de medição devem ser conectadas entre uma única fase e o neutro do transdutor Teste da sequência de fases: As fases A, B, C e neutro de todos os instrumentos devem ser conectadas ao secundário dos transdutores.

21 Premissas básicas para estudos de qualidade de energia Realização de medições Depuração dos resultados Modelagem e simulações computacionais; Especificação de solução Instalação da solução Realização de novas medições para ajuste da solução

22 CASO REAL 1

23 Mitigação de Notching e Harmônicos Industria papeleira Queima de equipamentos e circuitos eletrônicos Grandes inversores de frequência Realização de medições para identificação do fenômeno Estudo computacional para mitigação do fenômeno Instalação da solução Realização de medições para verificar eficácia da solução proposta.

24 Mitigação de Notching e Harmônicos

25 Mitigação de Notching e Harmônicos Dran-View Forma HASP : de onda (45B052FDh) da tensão no TF-7 Volts Event Details/Wavef orms :29:59,85 07/04/2009 Tuesday 09:29:59,86 09:29:59,87 09:29:59,88 09:29:59,89 09:29:59,90 A-B V B-C V C-A V Event #7 at 07/04/ :29:59,800 Timed

26 THDI (%) Mitigação de Notching e Harmônicos Espectro de frequência da corrente 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% I1 I5 I7 I11 I13 I17 Ordem harmônica

27 Mitigação de Notching e Harmônicos Medição geral

28 Mitigação de Notching e Harmônicos Simulação

29 Estudos Reais Mitigação de Notching Solução proposta Filtros LPF + Filtro harmônico

30 Estudos Reais Mitigação de Notching Medição com filtro operando ANTES SIMULAÇÂO MEDIÇÂO V (f-f) DHTV (%) 5,5 1,6 1,7 DHTI (%) 51,3 13,0 17,6 P (kw) Q (kvar) ,8 S (kva) FP 0,87 0,98 0,97 Dran-View HASP : (45B052FDh) Volts Event Details/Waveforms 13:49:59,855 07/04/2009 Tuesday 13:49:59,860 13:49:59,865 13:49:59,870 A-B V B-C V C-A V Event #6 at 07/04/ :49:59,800 Timed

31 CASO REAL 2

32 Redução de VTCD Industria metalúrgica Má-operação ou parada de robôs e processos automatizados Máquinas de solda ponto no mesmo barramento Realização de medições para identificação do fenômeno Estudo computacional para mitigação do fenômeno Uso de transformador dedicado para soldas

33 Redução de VTCD Sistema elétrico SE Condomínio 13,8 kv

34 Redução de VTCD Medições VTCD s

35 Redução de VTCD Simulação Continuous A B C COPEL rms signal Scope 15 RMS 1 Scope Scope 14 Scope 1 Vabc A Iabc A a B a b B b C c Three -Phase C c V-I Measurement TRAFO STYNER signal THD Scope 13 Scope 12 Total Harmonic Distorsion THD signal Vabc PQ Iabc Total Harmonic Scope 11 3-phase Distorsion 1 Instantaneous Vabc Active & Reactive Power A Iabc B a b C c Three -Phase V-I Measurement 5 Scope 10 rms RMS signal Vabc A Iabc B a b C c Three -Phase V-I Measurement 1 Vabc A Iabc B a b C c Three -Phase V-I Measurement 2 Scope 2 Scope 4 Scope 3 Scope 5 A + B - C Universal Bridge A B C PRENSA 250 T - LINEAR A B C BANCO DE CAPACITOR PRENSA 250 T - HARM A + A Vabc Iabc Scope 6 Scope 7 B - C Universal Bridge 1 DEMAIS CARGAS - HARM B C a b c A B Three -Phase C V-I Measurement 3 DEMAIS CARGAS - LINEAR A a A a A Vabc Iabc Scope 8 Scope 9 B C b c B b C c Three -Phase Breaker B a b C c Three -Phase MÁQUINAS DE SOLDA TRAFO STYNER 1 V-I Measurement 4

36 Redução de VTCD Simulação da solução Tensão na Prensa Tensão nas Soldas Tensão RMS (V) Tempo (s)

37 CASO REAL 3

38 Compensação reativa em instalações com harmônicos Industria fabricante de fibra ótica Necessidade de aumento de carga Necessidade de melhoria da compensação reativa (RISE) Melhoria da qualidade de energia (RISE) Banco de capacitor x Banco dessintonizado x Filtro harmônico? Medição e estudo computacional Implementação da Solução - 5 Filtros sintonizados

39 Compensação reativa em instalações com harmônicos Distorção Harmônica total de Corrente - DHTV (%)

40 Compensação reativa em instalações com harmônicos Corrente RMS no secundário do Transformador

41 Compensação reativa em instalações com harmônicos Instalação dos filtros diminui a corrente RMS em aproximadamente 200 A; Redução de perdas técnicas e alívio do carregamento do trafo; Redução da DHTV (%) para valores próximos a 1,5%; Correção do fator de potência para valores próximos à unidade; O aumento da drenagem mantém a distorção harmônica de corrente no transformador entre 10% a 20%, conforme recomendados por fabricantes de trafos.

42 Obridado!!! Contato: (41)