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Compensação de energia reativa em redes poluídas
Departamento Comercial / Nuno Romão
Breve introdução às harmónicas
X(t) = X1
Harmónicas
+X5 +X7
As harmónicas de uma onda sãocomponentes em frequência de sinal,múltiplas inteiras da frequênciafundamental (50/60 Hz).
Harmónicas Cargas geradoras
Carga lineal:
▪ Corrente absorvida com forma de onda sinusoidal.
Carga não lineal ou de distorção:
▪ Corrente absorvida com forma de onda não sinusoidal. Geração de correntes harmónicas. Normalmente conversão de AC-DC.
Harmónicas Tipos de harmónicas
Secuencia
Positiva Negativa Homopolar
Armónico Frecuencia Armónico Frecuencia Armónico Frecuencia
1 50 Hz 2 100 Hz 3 150 Hz
4 200 Hz 5 250 Hz 6 300 Hz
7 350 Hz 8 400 Hz 9 450 Hz
10 500 Hz 11 550 Hz 12 600 Hz
13 650 Hz 14 700 Hz 15 750 Hz
16 800 Hz 17 850 Hz 18 900 Hz
19 950 Hz 20 1000 Hz 21 1050 Hz
22 1100 Hz 23 1150 Hz 24 1200 Hz
Sequência direta (positiva) Sequência inversa (negativa) Sequência homopolar (zero)
Harmónicas Interpretação
Domínio do tempo Domínio da frequência(Espectro)
A forma de mostrar a quantidade de harmónicas é mediante o espectro.
Quanto maior é a frequência, menor é a amplitude.
Ordem das harmónicas predominantes:
▪ Cargas não lineares monofásicas: 3, 5, 7, 9…
▪ Cargas não lineares trifásicas: 5, 7, 11, 13…
Harmónicas Interpretação
A taxa de distorção harmónica total:
• Relação entre a soma das harmónicas comparativamente à fundamental:
𝑇𝐻𝐷𝑈 =𝑈32 + 𝑈5
2 +𝑈72 +⋯+ 𝑈𝑛
2
𝑈1· 100 (%)
𝑇𝐻𝐷𝐼 =𝐼32 + 𝐼5
2 + 𝐼72 + 𝐼9
2 +⋯+ 𝐼𝑛2
𝐼1· 100 (%)
Harmónicas Piora o Fator de Potência
• Sem harmónicas:
2Q
2P
P
S
PosC
+
==
• Com harmónicas:
2D
2Q
2P
P
S
PPF
++
==
Q
D
g S1
ST
P
SQ'
P
ϕ
Cos ϕ ≠ PF
Harmónicas resumo dos efeitos
Elemento Problema Efecto
Condutor• Aumento da corrente• Aumento das perdas térmicas
(efeito Joule)
• Aquecimento dos cabos (detioração)• Disparo das proteções
Condutor de Neutro
• Circulação harmónicas múltiplos de 3Retorno pelo condutor de neutro
• Sobreintensidade no neutro• Aquecimento do neutro• Disparo das proteções
Condensador• Ressonância paralelo no sistema• Amplificação das harmónicas
• Envelhecimento prematuro dos condensadores• Destruição dos condensadores• Redução da qualidade da tensão (qualidade de rede)
Máquinas Elétricas
• Circulação de correntes harmónicas pelos enrolamentos e tensões harmónicas nos bornes
• Sobreaquecimento e perda do isolamento térmico (efeito Joule)
• Aumento das perdas magnéticas (por Histereses e Foucault)
• Desclassificação (Transformador)• Vibrações no eixo, desgaste mecânico nos rolamentos e
excêntricos (motores)
Equipamentos de Medida e Control
• Medidas não válidas• Erros em processos de controlo
• Valores de magnitudes incorrectas• Interferências com sistemas de comunicação e controlo
Como efetuar uma análise às harmónicas
numa instalação ?
É básico realizar medições com um analisador de redes, como o potente MYeBOX® da CIRCUTOR. Somente assim poderemos conhecer a situação real da instalação, e dessa maneira determinar a melhor solução de compensação de energia reativa, e também de filtragem de harmónicas se necessário
Harmónicas Como os medimos ?
Harmónicas Como as medimos ?
Período de tempo
“Suficientemente longo para ser considerado representativo e realista”
< t >
Frequência de amostragem
Período de tempo
“Utilizar uma frequência de amostragem o mais pequena possível para observar de forma mais precisa as flutuações da carga”
Harmónicas Como as medimos ?
< t >
Frequência de amostragem
Período de tempo
Sazonalidade
“O consumo pode diferir em função da época do ano”
Harmónicas Como as medimos ?
Existência bateriacondensadores
< t >
“A existência de uma bateria de condensadores pode alterar os dados adquiridos na medição e distorcer o resultado”
Frequência de amostragem
Período de tempo
Sazonalidade
Harmónicas Como as medimos ?
Harmónicas Definição dos pontos a medir
Transformador
%Ucc (Tensión de curto-circuito):
VU2 (Tensão Nominal):
kVASn (Potência Transformador):
Transformador
RED PCC
MEDICIONES ENCUADROS SECUNDARIOS
CON CARGASMONOFÁSICASFASE - NEUTRO
MEDICIONESEN CARGAS CON
DISTORSIÓN
MEDICIONESEN LA(S) BATERIAS
MEDICIONESEN CARGAS SIN
DISTORSIÓN
MM
1
2
4 5
4 HILOS
L1 L2 L3 N
3 6
MEDICIONES EN CUADRO GENERAL BT
CON BATERIA
SIN BATERIA
Harmónicas Informação a solicitar
Pontos de medida: 1, 2, 3, 4, 5, 6 …..
Se existe bateria de condensadores:
Baterias de
condensadores kWP (Instalação)
kvarQ (bateria)
%THD(U)%THD(U)
%THD(I)%THD(I)
COM BATERIA DESLIGADACOM BATERIA LIGADA
Dados mínimos para correto pré-estudo harmónico
In (A)
% THD (I)
% THD (V)
∑ THD13119753ORDEN ARMONICOS
Harmónicas Parâmetros básicos a medir
• Valor eficaz/RMS:
• Taxa de distorção harmónica individual:
• Taxa de distorção harmónica total:
𝑻𝑯𝑫𝑼 =σ𝑼𝒏
𝟐
𝑼𝟏· 𝟏𝟎𝟎 (%)𝑻𝑯𝑫𝑰 =
σ 𝑰𝒏𝟐
𝑰𝟏· 𝟏𝟎𝟎 (%)
𝑰𝑹𝑴𝑺 = 𝑰𝒏𝟐 (𝑨) 𝑽𝑹𝑴𝑺 = 𝑽𝒏
𝟐 (𝑽)
𝑰𝒏 =𝑰𝒏
𝑰𝟏· 𝟏𝟎𝟎 (%) 𝐕𝐧 =
𝑽𝒏
𝑽𝟏· 𝟏𝟎𝟎 (%)
Harmónicas Como as medimos ?Exemplo prático: Medição num Quadro Parcial com variadores:
Compensação de energia recativa em
redes poluídas
Frequência
Z
ZC = f (1/f)
Harmónicas Efeito nos condensadores
Critérios básicos de seleção Tipos de baterias de condensadores
THDI (%) Ordem da harmónica THDU < 2% 2%≤THDU≤6% THDU > 6%
THDI (%)< 10%
CondensadoresStandard
CondensadoresReforçados
Com reactâncias reforçadas
em sintoniap = 8.7%
(fres = 170 / 203 Hz)
10% ≤ THDI (%)
5º harmónico
THDI(3ª) ≤ 20% x THDI(5º)
Bateria com filtros de rejeição (de sintonizados)
p = 7 % (fres = 189 / 227 Hz)
3º harmónico
THDI(3ª) > 20% x THDI(5th)
Bateria com filtros de rejeição (de sintonizados)
p = 14% (fres = 134 / 160 Hz)
LC2π
1fr =
Eliminação do risco de ressonância (amplificação das harmónicas) e sobrecarga nos condensadores
h>3ª, f > 150 Hz / 180 Hz134 Hz / 160 Hz14 %
h>5ª, f > 250 Hz/300 Hz189 Hz / 227 Hz7 %
harmonico rejeitadofrp%2
r
100(%)p
=
Baterias com filtros de rejeição OPTIM FR & FRE
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
FUNICULAR DE MONTJUIC
PROBLEMÁTICA:
▪ Variação muito rápida da
carga
▪ Níveis de distorção em
tensão extremamente
elevados (THD(U)>10 %
▪ Baixos valores de cos :
maior risco de
amplificação (ressonância)
das harmónicas de
corrente.
SITUAÇÃO INICIAL DOS CONSUMOS EM POTÊNCIA
▪ Potencia Trifásica Ativa Gerada (vermelho)
▪ Potencia Trifásica Ativa Consumida (verde)
▪ Potencia Reativa Indutiva Consumida (roxo e azul)
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
SÍNTOMAS CARACTERÍSTICOS DUMA REDE FRACA
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
SOLUÇÃO ADOTADA:
▪ Bateria automática com manobra por tirístores (tempo resposta: 2
ciclos (40 ms)
▪ Filtros de rejeição com sintonia a 170 Hz (p = 8,7 %). Maior
impedância à 5ª harmónica do que oferecida pela sintonia 189 Hz (p
= 7%):
▪ Maior segurança perante distorções harmónicas muito elevadas
(THD(U) > 6 %)
▪ Menor risco de ressonância e sobrecarga dos condensadores
▪ Melhora a qualidade da rede (qualidade da tensão)
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
RESULTADOS FINAIS:
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
▪ Potencia Trifásica Ativa Gerada (vermelho)
▪ Potencia Trifásica Ativa Consumida (verde)
▪ Potencia Reativa Indutiva Consumida (roxo e azul)
RESULTADOS FINAIS:
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
▪ Potencia Trifásica Ativa Gerada (vermelho)
▪ Potencia Trifásica Ativa Consumida (verde)
▪ Potencia Reativa Indutiva Consumida (roxo e azul)
RESULTADOS FINALES:
Baterias com filtros de rejeição Níveis THD(U) > 6 % (Altamente distorcidas) – Redes “fracas”
Gerador estático de reativa
SVGm
50/60 Hz ± 5
%
SVGm
Red Carga
SVGm Funcionamento
M3
Ir
50/60 Hz ± 5
%
SVG
Red Carga
M3
SVGm Compatível com Baterias de Condensadores Convencionais
Optim
50/60 Hz ± 5
%
Red
SVGm Compensação sectorial
Optim
SVG
Carga
M3
Nota importante:Os diferenciais instalados ajusante do SVG têm de ser tipoB.
SVGm Gerador estático de reativa
Tipo Mural (em parede)(para tensões superiores a 400 V)
44 A
88 A
145 A
2 soluções: tipo rack em armário e tipo mural
Para redes de 50/60 Hz ± 5 %4-fios 3P+N: 230 - 400 V fase-fase ±10 %3-fios 3P: 230 - 480 V fase-fase ±10 %
Potência com tensão de rede < 400 V:
Q₂ = Qnominal x (Vrede/400)
Q₂ (230 V) = 100 kvar x (230/400) = 57,5 kvar
SVGm de 3 fios
30 A
60 A
100 A
30 kvar
60 kvar
100 kvar
20,7 kvar
41,4 kvar
69 kvar
SVGm de 4 fios
Armário montagem no solo (tipo rack)(para tensiones superiores a 400 V)
145 A 100 A100 kvar 69 kvar
290 A 200 A200 kvar 138 kvar
435 A 300 A300 kvar 207 kvar
580 A 400 A400 kvar 276 kvar
2 soluciones: tipo rack em armário e tipo mural
Para redes de 50/60 Hz ± 5 %4-fios 3P+N: 230 - 400 V fase-fase ±10 %3-fios 3P: 230 - 480 V fase-fase ±10 %
Potência com tensão de rede < 400 V:
Q₂ = Qnominal x (Vrede/400)
Q₂ (230 V) = 100 kvar x (230/400) = 57,5 kvar
SVGm de 3 fios SVGm de 4 fios
SVGm Gerador estático de reativa
Quando é necessária uma unidade SVGm de 4 fios ?
SVGm Gerador estático de reativa
SVGm Benefícios
Evitar penalizações de energia reativa: indutiva / capacitiva
Compensação sem paços instantânea < 20ms
Impassível a ressonâncias com harmónicas
Não gera transitórios
Mínima manutenção
AplicacionesSVGm Aplicações
Centros de Datos
Soldadura Sector terciario
Pórticos de carga Geradores eléctricos
Teleféricos
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