Série de conceitos básicos de medições com sensores
Medições de energia, potência, corrente e tensão Renan Azevedo Engenheiro de Produto, DAQ & Teste NI Henrique Sanches Marketing Técnico, LabVIEW NI
Pontos principais Fundamentos básicos sobre potência Obtenção da potência a partir da tensão e corrente Medições de alta tensão e alta corrente Considerações sobre o sistema de medição de potência Triângulo de potência
Por que medir a potência e energia? Instalações/utilitários Integridade da máquina Teste de eletrodomésticos
Os benefícios da medição de potência Medição Ação Benefício Consumo total de energia Verifica a fatura do utilitário Elimina o o pagamento excessivo Medição de energia Atribui custo ao centro Foco nos maiores consumidores de energia Previsão de demanda Fator de potência Nível/tendência RMS, harmonicas, subtensão/sobretensão, desbalanceado Executa os aparelhos alternadamente ou alterna o algoritmo de controle do processo Executa os aparelhos alternadamente ou alterna o algoritmo de controle do processo Monitoramento da integridade da máquina Evita taxas de pico de uso Evita multas do utilitário Previsão de manutenção e eficiência energética (vida útil da máquina, maximiza o tempo de operação)
O que consideramos quando pensamos em medição de potência?
É preciso duas medições para potência Tensão Corrente P V * I
Analogia água/eletricidade Corrente = taxa de fluxo de água (Amps) Tensão = pressão da água (Volts)
Geradores
Transmissão de energia
Medições de tensão
Isolação Esse circuito de isolação inclui isolação básica, dupla isolação, aterramento de proteção (terra de segurança), pontos de teste de isolação, área de tensão de risco (vermelho), barreira de isolação (amarelo) e tensão sem risco.
Tipos de isolação Isolação óptica Isolação capacitiva Isolação de acoplamento indutivo
Topologias de isolação Entre canais e o terra do sistema Entre canais e o barramento (banco) Entre canais
Isolação entre canais e o terra do sistema
Isolação entre canais e por banco
Isolação entre canais
Medições de corrente Transdutores e transformadores de corrente Transformadores de corrente de núcleo sólido ou núcleo separado
Considerações sobre a instrumentação Aquisição simultânea Resolução Filtros antialiasing
Sincronização
Tensão (volts) Resolução 10.00 8.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0 0 Resolução de 3 bits X 16 bits (Onda senoidal de 5 khz) 111 110 101 100 011 010 16 bits 3 bits 001 000 50 100 150 200 Tempo (ms)
Filtros anti-aliasing Teorema da amostragem de Shannon A máxima frequência (frequência de Nyquist: f N ) que pode ser analisada é dada por: f N = f s /2 f s : frequência de amostragem Amostragem inadequada Amostragem adequada
Medições de dados de forma de onda
Medições de tensão Fio preto Fio branco Dispositivo DAQ de tensão Fonte de alimentação, conexão feita usando cabo de alimentação unido
Medições de corrente Dispositivo DAQ de corrente
Transdutores e transformadores Corrente ou tensão de saída Alta frequência ou DC Núcleo sólido ou separado Bancada ou handheld
Medições de corrente Fios B, W e G expostos Fio preto passa pelo CT Dispositivo DAQ de corrente ou tensão
RMS (valor quadrático médio) AC equivalente do DC Três formas comuns de calcular: RMS verdadeiro Pico Média Equação
Processamento de sinais Recursos Tensão, corrente, potência Instantânea RMS Pico a pico Frequência Fator de potência Potência (ativa, reativa, aparente) Eventos Subtensão Sobretensão Interrupções Flicker (cintilação)
Eventos de qualidade da energia Subtensão Sobretensão Interrupções Nível de tensão (% nominal) 10%<subtensão<90%* Duração 0.5-30 ciclos instantâneos 30 ciclos momentâneos - 3 segundos 3 segundos temporários - 1 minuto Nível de tensão (% nominal) 110%<sobretensão<180%* Duração 0.5-30 ciclos instantâneos 30 ciclos momentâneos - 3 segundos 3 segundos temporários - 1 minuto Nível de tensão (% nominal) interrupção<10%* Duração 0,5 ciclos momentâneos - 3 segundos 3 segundos temporários - 1 minuto *Os níveis diferem com base na duração. Dados extraídos do IEEE 1159:1995. Veja as normas para obter dados completos.
Eventos de qualidade da energia
Implementação de monitoramento de rede elétrica Desafio Necessidade de uma grande quantidade de energia para aquecer a fornalha para reciclagem, a qual está gerando oscilação na rede elétrica. Solução Implementação de um reator online em série com a fornalha para medir a quantidade de energia retirada da rede elétrica. Se chegar próximo ao limite, o sistema pode rapidamente modificar as cargas na rede para melhorar o fator de potência.
Demonstração de medição de potência, tensão e corrente elétrica
Tipos de cargas elétricas Resistiva Indutiva Capacitiva Em fase Atraso de fase Avanço de fase
Triângulo de potência Analogia matemática Potência ativa = V * I cos ( ) [Watts] Potência reativa [Var] Potência aparente = V * I [VA]
Fator de potência = Potência ativa Potência aparente
Triângulo de potência Analogia matemática
Correção do fator de potência Conexão do circuito "Relés Banco de capacitores
Aquisição de Medição PXI CompactDAQ CompactRIO Placas PXI Módulos da Série C Módulos da Série C PXIe-4300 PXI -4071 NI 9225 NI 9239 NI 9225 NI 9239 PXI -4065 PXI -4072 NI 9227 NI 9242 NI 9227 NI 9242 PXI -4070 NI 9229 NI 9244 NI 9229 NI 9244 Vantagens da plataforma Melhor sincronização Padrão amplamente adotado pela indústria Vantagens da plataforma Medições de forma de onda Rápida customização de software Vantagens da plataforma Medições determinísticas em um único ponto Temporização customizada e de triggeri
LabVIEW Electrical Power Suite Medição da qualidade e características da energia elétrica conforme padrões IEC, EN e IEEE. Harmônicas (IEC 61000-4-7). Flicker (IEC 61000-4-15). Subtensão / sobretensão / interrupções com níveis padronizados ou customizados (IEC 61000-4-30). Compatibilidade com o formato de arquivo COMTRADE (IEEE 37.111). Baixe a versão de avaliação: Pesquise Electrical Power Suite no PN: 782071-35
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