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1 Universidade do Minho Escola de Engenharia Dept. Electrónica Industrial Filtros Filtros Passivos Passivos para para Compensa Compensa ç ç ão ão de de Problemas Problemas de de Corrente Corrente Tiago Andr Tiago Andr é é Sousa Sousa [email protected] [email protected] Á Á rea rea de de Electr Electr ó ó nica nica de de Potência Potência Universidade Universidade do do Minho Minho 2 2 º º Simp Simp ó ó sio da sio da Á Á rea de Electr rea de Electr ó ó nica de nica de Potência do Departamento de Potência do Departamento de Electr Electr ó ó nica Industrial nica Industrial 18 de Fevereiro de 2005

Filtros Passivos para Compensação de Problemas de Corrente · 2012. 3. 13. · Escola de Engenharia Dept. Electrónica Industrial Filtros Passivos para Compensação de Problemas

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Universidade do Minho

Escola de EngenhariaDept. Electrónica Industrial

FiltrosFiltros PassivosPassivos parapara CompensaCompensaççãoão de de ProblemasProblemasde de CorrenteCorrente

Tiago AndrTiago Andréé [email protected]@dei.uminho.pt

ÁÁrearea de de ElectrElectróónicanica de de PotênciaPotênciaUniversidadeUniversidade do do MinhoMinho

22ºº SimpSimpóósio da sio da ÁÁrea de Electrrea de Electróónica de nica de Potência do Departamento de Potência do Departamento de

ElectrElectróónica Industrialnica Industrial

18 de Fevereiro de 2005

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Universidade do Minho

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Características estruturais e funcionais;

Aspectos positivos e negativos desta tecnologia;

Identificação de alguns fabricantes de filtros passivos;

Estudo das principais características das soluções existentes no mercado;

Análise de alguns casos reais.

IntroduIntroduççãoão

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Características Estruturais:

Constituído por elementos passivos.

CaracterCaracteríísticassticas

RedeEléctrica Carga

Filtros passivos para harmónicos

de 3ª, 5ª e 7ªOrdem

Filtros passivospassa-alto para harmónicos de alta-frequência.

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Características Funcionais:

Oferecerem um caminho de baixa impedância a um determinado harmónico ou conjunto de harmónicos, apresentando uma elevada impedância para o restante espectro do sinal a compensar;

Consomem energia reactiva, o que faz com que este tipo de filtropossa ser utilizado simultaneamente para a compensação de harmónicos de corrente e para a correcção de factor de potência;

CaracterCaracteríísticassticas

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Universidade do Minho

Escola de EngenhariaDept. Electrónica Industrial

Características Funcionais:

Oferecerem um caminho de baixa impedância a um determinado harmónico ou conjunto de harmónicos, apresentando uma elevada impedância para o restante espectro do sinal a compensar;

Consomem energia reactiva, o que faz com que este tipo de filtropossa ser utilizado simultaneamente para a compensação de harmónicos de corrente e para a correcção de factor de potência;

CaracterCaracteríísticassticas

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AspectosAspectos PositivosPositivos e e NegativosNegativos

Aspectos Positivos desta Tecnologia

Simplicidade construtiva e de operação;

Baixo custo;

Satisfazem as necessidades actuais dos consumidores.

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AspectosAspectos PositivosPositivos e e NegativosNegativos

Aspectos Negativos desta TecnologiaIntrodução de ressonâncias no sistema eléctrico onde estáinserido;

A instalação pressupõe a realização de um estudo cuidadoso dainstalação;

Incapacidade de adaptação das características de compensaçãoa mudanças constantes de carga;

As características dos componentes variam em função defactores como a idade e a temperatura de funcionamento;

Desvio na frequência para a qual foram sintonizados, podendotambém implicar uma ineficaz correcção do factor de potência.

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FabricantesFabricantes

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ComarComar CondensatoriCondensatoriComarComar CondensatoriCondensatori

Modelo: FAM 05Características: Compensação de

harmónicos de 5ªordem;

Correcção do factor depotência da instalação;

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ComarComar CondensatoriCondensatoriComarComar CondensatoriCondensatori: FAM05: FAM05

Andar de Potência

Módulos trifásicos;

Cada módulo composto portrês braços ligados emestrela, sem neutro;

Cada braço consiste numcondensador de polipropilenoligado em série a uma bobine.

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ComarComar CondensatoriCondensatoriComarComar CondensatoriCondensatori: FAM05: FAM05

Características Funcionais

A comutação dos condensadorespode ser manual ou automática;

No caso da comutação automática,a entrada e saída de cada um doscondensadores é feita de formasequencial;

Permite a colocação de novosmódulos, ligados em paralelo;

A compensação de harmónicos,esta não é configurável.

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ComarComar CondensatoriCondensatoriComarComar CondensatoriCondensatori: FAM05: FAM05

Características Adicionais

Circuito de potência equipado comprotecção contra sobrecorrentes esobreaquecimento;

A protecção contra sobrecorrentes desliga oequipamento da rede eléctrica;

A protecção contra sobreaquecimento érealizada através de dois sensores detemperatura:

Um activa ventilação forçada do equipamento;

O outro desliga o equipamento da rede, ligando-o quando a temperatura for inferior ao limite máximo suportado pelo equipamento.

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ComarComar CondensatoriCondensatori: FAM05: FAM05

A interface com o utilizador

Indicador verde que indica se o equipamento está ligado ou desligado;

Indicador branco que informa se o filtro está conectado ou desconectado da rede;

Indicador/botoneira amarelo que assinala a ocorrência de uma sobrecorrente, permitindo reinicializar o equipamento;

Indicador amarelo que indica o sobreaquecimento das indutâncias de linha do filtro.

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ComarComar CondensatoriCondensatoriNokianNokian CapacitorsCapacitors

Modelo: LV11

Características: Compensação de harmónicosde 5ª, 7ª, 11ª e 13ª ordem;

Correcção do factor depotência da instalação;

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ComarComar CondensatoriCondensatoriNokianNokian CapacitorsCapacitors: LV11: LV11

Andar de Potência

Três circuitos trifásicos: um paraa filtragem do harmónico de 5ª,outro para a filtragem doharmónico de 7ª ordem e oterceiro para filtragem doharmónico de 11ª ordem;

Cada um dos circuitos trifásicosé formado por três braçosligados em estrela, sem neutro;

Cada braço constituído por umcondensador em série com umaindutância.

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ComarComar CondensatoriCondensatoriNokianNokian CapacitorsCapacitors: LV11: LV11

Características Funcionais

A comutação dos condensadores pode ser manual ou automática;

No caso da comutação automática, esta pode ser do tipo sequencial ouoptimizada:

Relativamente à comutação sequencial, pode-se programar a sequência de entrada de cada um dos condensadores, ajustando a capacidade às necessidades de compensação;

No modo de comutação optimizada, o controlador determina qual o escalão que mais se adequa às necessidades de compensação;

Configuração de um atraso de entrada de cada um doscondensadores, o qual varia entre 10 s e 10 min, e que evitaa comutação de escalão em situações transitórias.

A compensação de harmónicos, esta não é configurável.

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ComarComar CondensatoriCondensatoriNokianNokian CapacitorsCapacitors: LV11: LV11

Características Adicionais

Protecção contra sobrecorrente, sobretensão,subtensão, variações de frequência, cos φinferior 0,5 indutivo ou 0,8 capacitivo e contrauma distorção harmónica de tensão superiora 7 %.

Caso ocorra alguma destas anomalias, oequipamento inicia a desconexão doscondensadores ou é imediatamente desligado,em função da gravidade da anomalia registada;

No caso de se registar um sobreaquecimento dofiltro inicialmente é activada a ventilação forçadado equipamento, sendo que se a temperaturaatingir os 50º C o equipamento é imediatamentedesligado da rede.

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ComarComar CondensatoriCondensatori: FAM05: FAM05

A interface com o utilizador

Visualização do estado de funcionamentodo filtro em ecrã LCD:

Factor de potência;Identificação dos escalões de compensação activos;Valores eficazes de tensão e corrente;Potências activa e reactiva da instalação;Monitorização da temperatura nos condensadores;Efectua e disponibiliza o registo dos alarmes despoletados pelo equipamento.

Comunicação com outros dispositivos,disponibilizando para tal de uma interfaceRS485.

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AnAnáálise de Casos Reaislise de Casos Reais

Caso 1 - COMUTAÇÕES DE BANCOS DE CONDENSADORES

Descrição do problema: Numa indústria têxtil os computadores dos escritórios apresentavam uma elevada taxa de avarias. Uma análise às instalações detectou a ocorrência de transitórios de tensão, provocados pelas comutações do banco de condensadores utilizado para a correcção do factor de potência da instalação.

Tempo (ms)

Tens

ão(p

u)

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AnAnáálise de Casos Reaislise de Casos Reais

Solução para o problema: Neste caso, a solução para o problema, passou por retirar o banco de condensadores do quadro eléctrico de alimentação dos escritórios, constatando-se que o factor de potência global não sofreu uma variação significativa. Contudo, a solução encontrada poderá não ser praticável em instalações cujo banco de condensadores esteja ligado ao Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT). A opção neste caso passaria pela utilização de supressores de transitórios (TVSS).

Caso 1 - COMUTAÇÕES DE BANCOS DE CONDENSADORES

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AnAnáálise de Casos Reaislise de Casos Reais

Descrição do problema: Numa indústria têxtil os bancos condensadores para correcção de factor de potência, instalados no QGBT, avariavam com frequência. Para solucionar o problema foram instalados supressores de transitórios (TVSS), pensando-se que a causa poderia estar nas sobretensões transitórias resultantes de descargas atmosféricas. Contudo, ao fim de algum tempo verificou-se que o problema persistia. Na sequência do ocorrido foi realizado um estudo dos bancos de condensadores, constatando-se que as correntes nos mesmos eram superiores aos valores nominais, devido ao elevado conteúdo harmónico que apresentavam.

Caso 2 - HARMÓNICOS EM BANCOS DE CONDENSADORES

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AnAnáálise de Casos Reaislise de Casos Reais

Solução para o problema: A solução adoptada passou pela utilização de bancos de condensadores com filtros, que não compensam os harmónicos de corrente, mas que impedem que estes circulem através dos condensadores. Uma solução alternativa poderia passar pela substituição dos bancos de condensadores por Filtros Activos Paralelos, que permitiriam a correcção dinâmica e simultânea do factor de potência e dos harmónicos de corrente.

Caso 2 - HARMÓNICOS EM BANCOS DE CONDENSADORES

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FIM