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Treinamento Equipe Prescritores
HARMÔNICASESTRATÉGIAS REDUÇÃO HARMÔNICAS –
SISTEMAS MULTIPULSOS
FATOR K
Wagner Leopoldino
Chefe de Produto de TransformadoresSão Paulo / BU energy
Fernando Bernardes
Supervisor P&D e Engenharia de Transformadores a Óleo Blumenau / BU energy
Harmônicas Estratégia redução harmônicas
Fator K
1.1 –
Fontes de Correntes Harmônicas 2.1 -
Sistemas Multipulsos3.1 –
Efeitos das harmônicas de corrente no transformador
1.2 –
Fluxo de correntes harmônicas 3.2 –
Medição das perdas em carga 1.4 –
Degradação do sinal da tensão de alimentação
3.3 –
Medição da resistência dos enrolamentos
1.5 –
Limites de Poluição Harmônica
3.4 –
Determinação das perdas adicionais (frequência
industrial) 3.5 –
Fator de correção das perdas adicionais devido às harmônicas de corrente 3.6 –
Método do Fator K –
UL 1561 e IEEE Std. C57-110-1998 3.7 –
Comprovação do fator k / ensaio de elevação de temperatura
Equipamentos Eletrônicos
Grande importância na sociedade moderna;
Conforto, conservação de energia e segurança;
Controlam quantidade de energia cada vez maiores;
A potência nominal destes equipamentos está
aumentando;
Diversidade cada vez maior de aplicações;
Consequência
Incremento da poluição harmônica no sistema elétrico.
Harmônicas
.sen(wt)Im(t)I
Harmônicas
f = 60 Hz
60 Hz = fundamental
Harmônicas
f = 180 Hz
3 x 60 = 180 Hz 3ª
harmônica
Harmônicas
f = 300 Hz
5 x 60 = 300 Hz 5ª
harmônica
Harmônicas
Harmônicas
Fontes
de Correntes
Harmônicas
Nome comum = inversor de frequência
CONVERSORES DE FREQUÊNCIA
Fontes
de Correntes
Harmônicas
UPS, Retificadores / Carregadores de Bateria
NO-BREAK
Fontes
de Correntes
Harmônicas
RETIFICADORES PARA ACIONAMENTOS CC
Simulação
Circuito de simulação no ORCAD;
Retificador trifásico onda completa;
Medição da corrente na entrada;
Simulação
Forma de onda da corrente na entrada do retificador;
Distorção harmônica total de corrente de 29,41%;
Resultado
Estágio de retificação gera correntes harmônicas;
Devido ao processo de conversão de energia de CA para CC;
Equipamentos eletrônicos drenam do sistema elétrico correntes não- senoidais;
Sob aspecto de Q. E. Vilão = “Retificador”;
Sendo o mais comum o retificador 3Ø
onda completa (6 pulsos)(ponte de Graetz)
Fontes
de Correntes
Harmônicas
Nome comum = inversor de frequência
CONVERSORES DE FREQUÊNCIA
Eng. Fernando César Bernardes
QUALIDADE DE ENERGIA
Sistema de excitação estática alimentado por TR 75 kVA.
Eng. Fernando César Bernardes
QUALIDADE DE ENERGIA
Distorção harmônica de corrente de 24,0%.
Fluxo
de Correntes Harmônicas
Fluxo típico das correntes harmônicas;
Carga eletrônica como fonte de corrente;
Consequências
Ressonância;
Sobreaquecimento de banco de capacitores;
Sobreaquecimento de máquinas rotativas;
Operação indevida de sistemas de proteção;
Sobreaquecimento de transformadores;
Redução do fator de potência real da instalação;
Degradação do sinal da tensão de alimentação;
Tensão
Degradação
do Sinal
da
Tensão
da
Alimentação.
Limites
–
IEEE 519Limites de Distorção de Corrente para Sistemas de Distribuição
(120 V até 69000 V)
Máxima Distorção Harmônica de Corrente em Percentual de IL
Ordem Harmônica Individual (Harmônicas Ímpares)
ISC / IL < 11 11 ≤
h < 17 17 ≤
h < 23 35 ≤
h TDD
< 20* 4,0 2,0 1,5 0,3 5,0
20 < 50 7,0 3,5 2,5 0,5 8,0
50 < 100 10,0 4,5 4,0 0,7 12,0
100 < 1000 12,0 5,5 5,0 1,0 15,0
> 1000 15,0 7,0 6,0 1,4 20,0
Limites
–
IEEE 519Limites de Distorção de Tensão
Tensão no PCC Distorção Individual de Tensão (%)
Distorção Total de Tensão THD (%)
69 kV e abaixo 3,0 5,0
69,001 kV até 161 kV 1,5 2,5
161,001 kV e acima 1,0 1,5
Redução
de Harmônicas
ESTRATÉGIAS RECOMENDADAS PELO IEEE 519
Filtros Passivos;
Multilicação
de fases (sistemas multipulsos)
Injeção de harmônicas (filtros ativos)
Redução
de Harmônicas
MULTIPLICAÇÃO DE FASES
Mais conhecido como método multipulsos;
Sistemas elétricos trifásicos (ângulos de 120°
entre fases);
Apresenta elevada robustez;
Podem operar com elevadas correntes;
Multipulsos
É
uma das estratégias adotadas para reduzir THD;
Multipulsos
= “n”
pontes retificadoras de 6 pulsos (s ou p), n >1;
Correntes harmônicas geradas por um retificador são canceladas pelas harmônicas produzidas pelo outro;
Harmônicas relacionadas ao número de retificadores são eliminadas da fonte;
Transformador
= essencial componente desses sistemas;
Multipulsos
Multipulsos
É
APLICÁVEL SE “n”
RETIFICADORES DE 6 PULSOS:
Têm a mesma relação de transformação;
Têm transformadores com impedâncias idênticas
São defasados exatamente por 60/n graus um do outro;
São controlados exatamente pelo mesmo ângulo;
Multipulsos
HARMÔNICAS CARACTERÍSTICAS NA FONTE DE ALIMENTAÇÃO
Ihf
= 6.k.n ± 1
Ihf
= ordem harmônica da corrente característica na fonte;
h = ordem harmônica
k = qualquer inteiro positivo (1, 2, 3 ...);
A = amplitude da ordem harmônica (valor teórico);h1A
Multipulsos
Tabela
11 –
IEEE Std. C57.18.10 -
1998
SISTEMA 6 PULSOS
THDi = 30%
Multipulsos
SISTEMA 12 PULSOS
THDi = 14,17%
Multipulsos
THDi = 8,81%
SISTEMA 18 PULSOS
Multipulsos
SISTEMA 24 PULSOS
THDi = 6,6%
Multipulsos
Características dos Sistemas MultipulsosConjunto de
Retificadores de 6 pulsos
(n)
Número de Pulsos
(6.n)
Harmônicas Características
(6kn±1)
Distorção Harmônica Total
de Corrente (THDi)
1 6 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25, 29, 31, 35, 37,
41, 43, 47, 49
30,00%
2 12 11, 13, 23, 25, 35, 37, 47, 49
14,17%
3 18 17, 19, 35, 37 8,81%4 24 23, 25, 47, 49 6,6%6 36 35, 37 3,93%
RESUMO
Multipulsos
6 + 6 = 12 pulsos
É fundamental a utilização de transformadores nos sistemas multipulsos;
TRANSFORMADORDEFASADOR
Transformador
Defasador
Transformadores defasadores possuem mais de um secundário;
Defasagem angular é obtida pelo arranjo de ligação;
Combinar: Delta, Estrela, Zig – Zag, Delta Estendido e Polígono;
TRANSFORMADORDEFASADOR
Cargas
Não-lineares
Transformador Duplo Secundário - Sistema 12 pulsos. Camargo Corrêa Cimentos – 2500 kVA
Transformador
a Seco
Sistema
12 Pulsos
Transformador
a Seco
Sistema
12 PulsosCIA. MINERA COLLAUHUASI - Chile
TRANSFORMADOR COM DUPLO SECUNDÁRIO PARA DRIVE DE 12 PULSOS
RESIGLAS
332kVA
P. 3450V Sec. 2x1903V
Altitude 4400 msnm
2 pçs
Transformador
a Seco
Sistema
12 PulsosCODELCO - ANDINA PHASE I - Chile
Transformadores a Seco Duplo Secundário para Drives de 12 pulsos
Altitude
3200 msnm Região
Sísmica 42 x 1578 kVA
2 x 1097 kVA
Transformador
a Seco
Sistema
12 PulsosCEMENTOS POLPAICO - Chile
TRANSFORMADOR COM DUPLO SECUNDÁRIO PARA DRIVE DE 12 PULSOS
RESIGLAS
1238 kVA
P. 6300V
Sec. 2x2305V
Transformador
a Seco
Sistema
12 PulsosSiderúrgica Barra Mansa
VotorantimLaminador de Aços Longos
5 MVA – 34,5 – 690 / 690 VDuplo Secundário
Alimentação de inversores de frequência
2007 5 pçs
CSNCasa de Pedra – Congonhas - MG
4 MVA – 13,8 – 480 / 480 V Duplo Secundário
Alimentação de inversores de frequência
2007 6 pçs
PetrobrasUNBC
4 MVA – 13, 8 kV – 480 / 480VDuplo Secundário
2003 2 pçs
Camargo Corrêa Cimentos 2,5 MVA – 6,6 kV – 440 / 440 VDuplo Secundário
2002 1 pç
Camargo Corrêa Cimentos 2,0 MVA – 6,6 kV – 440 / 440 VDuplo Secundário
2002 1 pç
Camargo Corrêa Cimentos 1,25 MVA – 6,6 kV – 440 / 440 VDuplo Secundário
2002 1 pç
Camargo Corrêa Cimentos 1,0 MVA – 6,6 kV – 440 / 440 VDuplo Secundário
2002 1 pç
Lafarge Brasil 1,0 MVA – 6,6 kV – 690 / 690 VDuplo Secundário
2008 1 pç
Transformador 2100 kVA c/ 3 secundários - 18 pulsos Mineração Yamana em GO
Transformador
a Seco
Sistema
18 Pulsos
Transformador
a Seco
Sistema
24 Pulsos
Transformador 776 kVA– Sistema 24 pulsos – IP-54Planta Química em MG Fosfértil
Terminal de Ponta da Madeira VALE -
São Luis -
Maranhão -
Brasil
Mineração
Transformador a Seco RESIGLAS 776 kVA Para alimentação de drive de 24 pulses
Total do fornecimento = 4 conjuntos
Transformador
a Seco
Sistema
24 Pulsos
Line 4 - Metrô - São Paulo
Transporte
12 Transformadores RESIGLAS 4900 kVA
2 x Duplo SecundárioSistema 24 Pulsos
Line 4 - Metrô de São Paulo
12 Transformadores 4900kVAPrim 22000V +/- 2x2,5%
S1: 642V (DELTA -7.5°) 2450kVAS2: 655V (DELTA +22.5°) 2450kVA
Sistema de 24 pulsos
Transformador
a Seco
Sistema
24 Pulsos
BAKER
Transformadores 3900kVAPrim 13,8kV +/- 2x2,5%
S: 1300V
Transformador
a Seco
Sistema
72 Pulsos
Podem ser utilizados autotransformadores;
Denominados de autotransformadores defasadores;
Necessidade de redução de espaço físico do empreendimento ocupado por equipamentos;
Vantagem do autotransformador = menor “peso”, volume e custo;
Relação de transformação = 1 : 1
Utilizados em redes de baixa tensão;
Para cada retificador é utilizado um autotransformador;
AutoTransformadores
Multipulsos
AUTOTRANSFORMADORDEFASADOR
A
B
Ra
H3
H2 X3
X2
Multipulsos
AUTOTRANSFORMADORDEFASADOR
348.
11
57.27
380
15°
Autotransformador Defasador;
Tensão de linha = 380 V;
Defasagem angular = 15°;
Multipulsos
Efeitos
das Harmônicas
de Corrente
no Transformador
Correntes harmônicas intensificam o efeito skin e o proximidade;
Esses estão diretamente relacionados com a frequência.
A intensificação desses fenômenos eleva as perdas adicionais;
Efeitos
das Harmônicas
de Corrente
no Transformador
Efeitos
das Harmônicas
de Corrente
no Transformador
condutor retangular COBRE (2 x 6 mm) = 12 mm2
Efeitos
das Harmônicas
de Corrente
no Transformador
RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
ρ
= resistividade elétrica do condutor (ρcu
=0,017241 Ω.mm2/m; ρAL
=0,028264 Ω.mm2/m a 20°C)
Efeitos
das Harmônicas
de Corrente
no Transformador
RESISTÊNCIA DOS ENROLAMENTOS
Determinação
das Perdas
do Transformador
DETERMINAÇÃO DAS PERDAS OHMICAS
Determinação
das Perdas
do Transformador
DETERMINAÇÃO DAS PERDAS OHMICAS
TRIFÁSICOS (independente da ligação ser DELTA OU Y):
Determinação
das Perdas
do Transformador
Ensaio realizado com corrente contínua; Não há
efeito magnético;
Quando da operação do transformador, corrente alternada; Ocorrência de efeitos magnéticos; Realização do ensaio em curto-circuito;
DETERMINAÇÃO DAS PERDAS OHMICAS
Determinação
das Perdas
do Transformador
ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO
Determinação
das Perdas
do Transformador
PERDAS ADICIONAIS NA FREQÜÊNCIA INDUSTRIAL
Perdas do ensaio em curto > Perdas Ohmicas
(ensaio de R); Normalmente de 2 a 20% maiores; Essa parcela a mais de perdas são as perdas adicionais;
Perdas adicionais = correntes parasitas nos
enrolamentos;
Perdas Ohmicas
= PDC
= perdas por direct current; Perdas adicionais = PEC
= perdas por eddy currents; Perdas em carga = PLL
= load losses;
Determinação
das Perdas
do Transformador
PERDAS ADICIONAIS NA FREQÜÊNCIA INDUSTRIAL
TRIFÁSICOS (independente da ligação ser DELTA OU Y):
Determinação
das Perdas
do Transformador
Fator
KDIMENSIONAMENTO PRÁTICO DE
TRANSFORMADORES A SECO PARA ALIMENTAÇÃO DE CARGAS NÃO-LINEARES
THDi
máxima de 5%, recomendação da NBR e do IEEE para transformadores em geral;
Equip. como retificadores apresentam THDi
superiores a 5%.
Logo, deve-se aplicar metodologia que leve em consideração o efeito das correntes harmônicas (aumento das perdas adicionais);
No Brasil, essa metodologia é
conhecida como fator k;
Fator
KFATOR DE CORREÇÃO DAS
PERDAS ADICIONAIS –
FATOR K
Fator K = multiplicador das perdas adicionais;
Fator
KK-FACTOR E FHL
Novos transformadores e k padronizado: 4, 9, 13, 20, 30 e 50.
IEEE C57.110-1998:
O IEEE recomenda realizar a análise até
a 25ª
harmônica.
hmaxh
1h
2h
hmaxh
1h
2(pu)
2h
HL
I
.hIF
2(pu)
1h
2h .hI
factork
h
1
0,961 0,923 1 1,000 1,000 0,923 1,0005
0,192 0,037 25 0,200 0,040 0,919 0,9957
0,137 0,019 49 0,143 0,020 0,921 0,99811
0,086 0,007 121 0,090 0,008 0,905 0,98013
0,073 0,005 169 0,076 0,006 0,899 0,97417
0,055 0,003 289 0,057 0,003 0,875 0,94819
0,051 0,003 361 0,053 0,003 0,926 1,00423
0,041 0,002 529 0,042 0,002 0,878 0,95125
0,038 0,001 625 0,040 0,002 0,912 0,989∑ ---
1,000
--- ---
1,083 8,158 8,839
Ensaio
de Elevação
de Temperatura
Comprovação da potência disponível no limite da temperatura;
Comprovação do correto dimensionamento do fator k;
Anexo II – Guia IEEE Std. C57.110-1998
Ensaio
de Elevação
de Temperatura
Fator K
RESIGLAS 2 X 1500 kVA k=7 1 x 750 kVA k = 7
Schneider Electric 75- Division - Name – Date
Obrigado
Wagner Leopoldino
Chefe de Produto / TransformadoresSão Paulo / BU energy(11) 3468-5687(11) [email protected]
Fernando Bernardes
Supervisor P&D e Engenharia de Transformadores a Óleo Blumenau / BU energy(47) [email protected]
