Compensação de energia reativa em redes poluídas · excêntricos (motores) Equipamentos de Medida e Control •Medidas não válidas •Erros em processos de controlo •Valores

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”


< t >


Período de tempo

Sazonalidade

“O consumo pode diferir em função da época do ano”


Existência bateriacondensadores

< t >

“A existência de uma bateria de condensadores pode alterar os dados adquiridos na medição e distorcer o resultado”


Período de tempo

Sazonalidade


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)


SÍNTOMAS CARACTERÍSTICOS DUMA REDE FRACA


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)


RESULTADOS FINAIS:


▪ Potencia Trifásica Ativa Gerada (vermelho)

▪ Potencia Trifásica Ativa Consumida (verde)

▪ Potencia Reativa Indutiva Consumida (roxo e azul)

RESULTADOS FINALES:


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


Quando é necessária uma unidade SVGm de 4 fios ?


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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