A ameaça de harmônicos e suas soluções, Notas de estudo de Engenharia Civil

A ameaça de harmônicos e suas soluções, Notas de estudo de Engenharia Civil

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A ameaça de harmônicos e suas soluções
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La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 1

Angel Alberto Pérez Miguel

A Ameaça de Harmônicos e suas Soluções.

Silvio Ferraz - Gerente Técnico - MGE UPS Systems – Angel Pérez

the

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 2

Angel Alberto Pérez Miguel T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R

www.mgeups.com.br

A AMEAÇA DE HARMÔNICOS E SUAS

SOLUÇÕES

Silvio Ferraz da Silva

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 3

Angel Alberto Pérez Miguel

Quem são os

Harmônicos?

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 4

Angel Alberto Pérez Miguel

! Carga linear : Uma carga se diz “linear” quando a corrente

que ela absorve tem a mesma forma que a tensão que a alimenta. Esta corrente não tem componentes harmônicos.

Exemplo : resistências de aquecedores, cargas indutivas em regime estabelecido (motores, transformadores ...) .

! Carga não linear ou deformada : Uma carga se diz "não linear" quando a

corrente que ela absorve não é da mesma forma que a tensão que a alimenta. Esta corrente é rica em componentes harmônicos onde seu espectro será a função da natureza da carga.

Exemplo : alimentações R C D, motores de arranque, entreferro do transformador..

As cargas lineares e não lineares.

U

I

U

I

ϕ

Quem são os harmônicos? r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 5

Angel Alberto Pérez Miguel

Carga linearr li r

Ângulo

 ngulo

Onda de Tensão

Onda de Corrente

Tensão

Corrente

Carga Linear

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 6

Angel Alberto Pérez Miguel

Tensão Senoidal

Corrente Senoidal

Carga composta somente por elementos “lineares”.

Uma carga se diz linear quando uma tensão de entrada senoidal, a corrente consumida por esta carga também é senoidal.

Carga linearr li r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 7

Angel Alberto Pérez Miguel

Motor de indução: Seu circuito elétrico equivalente é uma combinação série de uma resistência e uma bobina.

L

IR IL

R L IT

Exemplos de cargas lineares

l r li r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 8

Angel Alberto Pérez Miguel

Carga não linearr li r

Ângulo

 ngulo

Corrente

Tensão

Onda de Tensão

Onda de Corrente

Carga não Linear

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 9

Angel Alberto Pérez Miguel

Uma carga se diz não linear quando uma tensão de entrada senoidal, a corrente consumida pela dita carga não é senoidal.

Tensão Senoidal

Corrente Não Senoidal

Carga com elementos “lineares” e “não lineares”

Señal tomada con un Fluke 43

Carga não linearr li r

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Angel Alberto Pérez Miguel

Cargas não lineares

Exemplos de cargas não linearesl r li r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 11

Angel Alberto Pérez Miguel

Quem são os harmônicos? r i

! Todo sinal periódico de frequência " F " ou de qualquer forma pode ser representada abaixo pela forma de uma soma composta :

– Do término senoidal a frequência " F " : O FUNDAMENTAL (H1) .

– Do término senoidal onde as frequências são múltiplas inteiros da fundamental H1 : OS HARMONICOS (Hn).

– De um eventual componente continuo.

! Exemplo : I h ht t t( ) ( ) ( )= +1 3

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

I (t)

=

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

h1 (t)

+

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

h3 (t)

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 12

Angel Alberto Pérez Miguel

-1.100

0.000

1.100

0 90 180 270 360

Fundamental

3er harmônico

5º harmônico

Decomposição harmônicai r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 13

Angel Alberto Pérez Miguel

Classe e sequêncial i

" Ordem é o número inteiro que determina quantas vezes maior é a frequência desse harmônico com respeito ao componente fundamental.

Ej: Harmônico de ordem 3, o terceiro harmônico é o harmônico cuja frequência é de 3*60 = 180Hz

Ordem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Frequência (Hz)60 120 180 240 300 360 420 480 540 Sequência + - 0 + - 0 + - 0

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 14

Angel Alberto Pérez Miguel

Corrente Distorcida Fundamental + Harmônicos

Tensão Senoidal Só o componente fundamental

Forma de ondar

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 15

Angel Alberto Pérez Miguel

#Fábrica de papel Se avaria o transformador central com a incorporação de novos motores

#Fábrica de Automóveis Não é possível instalar baterías de capacitores para reduzir a potência reativa: os capacitores se queimam e explodem os interruptores

#Edificio de oficinas O serviço técnico da nova máquina de copiar não garante a máquina por existir uma elevada tensão neutro-terra

#Companhia de produção de vídeo Os interruptores explodem sem razão aparente, pois a corrente medida não é excessiva

Constataçõest t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 16

Angel Alberto Pérez Miguel

TRANSFORMADOR PRINCIPAL

FLUORESCENTES E REATORES

ELETRÔNICOS

INFORMÁTICA REGULADORES

DE VELOCIDADE

BANCOS DE CAPACITORES

PROTEÇÃO

Harmônicos em uma instalação genéricar i i t l ri

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 17

Angel Alberto Pérez Miguel

Computadores Reguladores de velocidade

Reatores eletrônicos

Formas de correntes e instalações atuaisr rr t i t l t i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 18

Angel Alberto Pérez Miguel

Efeitos dos harmônicosf it r i

Corrente no Neutro > Corrente de Fase Sobreaquecimento dos condutores de Neutro

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 19

Angel Alberto Pérez Miguel

! I H3 gerado por todas as cargas não lineares ! monofásicas (elétrico, micro e mini informática, ...). ! O condutor de neutro transmite 3x i H3 e as

correntes de desequilibrio da instalação. ! Segundo a IEEE 1100-1992 a sessão de condutor de neutro deve

ser adaptado (1,73 vezes a sessão das fases para as alimentações do tipo R C D).

! O regime de neutro deverá ser necessariamente TNS melhor que TNC.

Neutro

-150 -100 -50

0 50

100 150

I1 I2 I3

In = 0

i1 (H3) i2 (H3) i3 (H3)

in = 3.i H3

Harmônico 3ºr i º

Fases

-100

-50

0

50

100 Fases

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 20

Angel Alberto Pérez Miguel

Sobreaquecimento em condutores por correntes de alta frequência.

Efeitos dos harmônicosf it r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 21

Angel Alberto Pérez Miguel

Efeitos dos harmônicosf it r i

Disparos inesperados nos interruptores e diferenciais

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 22

Angel Alberto Pérez Miguel

I

I

I

I

I

t

I

t

I

I

I t

I

I t

I

I

R S T

I

t

A eletrônica l tr i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 23

Angel Alberto Pérez Miguel

Fechado

Bimetal que realiza a proteção térmica contra sobrecargas.

Temperatura consequente da corrente eficaz + Temperatura devido a corrente harmônica = Disparo a I de utilização < I nominal

Aberto por disparo térmico

Disjuntor Termomagnéticoi j t r r ti

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Angel Alberto Pérez Miguel

IpIp

Is

Is

IpIp

Funcionamento de diferenciaisi t if r i i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 25

Angel Alberto Pérez Miguel

ZONA DE DISPARO

ZONA DE NÃO DISPARO

ZONA DE INCERTEZA

00,015 0,03 0,5 1 2 3 5 10

In ( mA)

0,01

0,02

0,04

0,06

0,1

0,2

0,4 T seg.

Curva de resposta de um diferencial de 30 mAr r t if r i l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 26

Angel Alberto Pérez Miguel

!TIPO AC Funcionamento correto com correntes perfeitamente senoidais.

!TIPO A Idem. com correntes pulsantes com componente

continuo até 6 mA. !TIPO B Idem. com qualquer componente continuo.

Tipos de diferenciaisi if r i i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 27

Angel Alberto Pérez Miguel

IpIp

Is

Is

IpIp

+ Is’

+ Is’

Efeito das altas frequênciasf it lt fr i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 28

Angel Alberto Pérez Miguel

Efeitos dos harmônicosf it r i

Os condensadores formam circuitos ressonantes com a indutância da instalação, amplificando as correntes harmônicas

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 29

Angel Alberto Pérez Miguel

f (Hz)0

z(Ω)

Xc -jC w= ⋅

f (Hz)

z(Ω)

Xred UScc= 2

X w L= ⋅

Efeito sobre os condensadoresf it r r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 30

Angel Alberto Pérez Miguel

Efeitos dos harmônicosf it r i

U=5 V

450 Hz

Os painés elétricos vibram com uma

Frequência audível - Tensão neutro-terra > 0

Acoplamento com a línha telefônica

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 31

Angel Alberto Pérez Miguel

$ Os capacitores não geram harmônicos $ A presença de capacitores podem amplificar os

harmônicos gerados por outras cargas.

Batería de capacitores

~ =

~ =

Transformador MT/BT

Geradores de harmônicos (Gh)

IHarmônicos

M

Efeito sobre os capacitoresf it r it r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 32

Angel Alberto Pérez Miguel

Efeito sobre os capacitoresf it r it r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 33

Angel Alberto Pérez Miguel

Sobreaquecimento dos enrolamentos pelas altas frequências Sobreaquecimento do núcleo pelas correntes parasitas (f2)

Perda de rendimento pelos harmônicos de sequência negativa

Efeitos dos harmônicosf it r i

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Angel Alberto Pérez Miguel

Efeitos dos harmônicosf it r i

Fonte : esquema equivalente.

" As correntes harmônicas circulam pela instalação (impedância não nula) provocam quedas de tensões

" A fonte de alimentação da instalação não é ideal; tem uma impedância interna não nula. Esta impedancia é atravessada pelas correntes harmônicas da instalação

" Estes efeitos combinados geram uma distorção na tensão de alimentação dos receptores na instalação.

Zs

e

Un

V

i

Distorção na tensão de alimentação

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 35

Angel Alberto Pérez Miguel

THDI das cargas informáticas

de 70% a 100%

THDI de NO-BREAK

de 3% a 30%

THDI THDI

Os harmônicos geram a fonte r i r f t

THDU Um no-break é um gerador

de tensão

THDI Um servidor, um variador

de velocidade, a iluminação… são os receptores geradores de

correntes harmônicas

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 36

Angel Alberto Pérez Miguel

% Observações superficiais realizadas nas instalações elétricas colocam em evidência os seguintes fenômenos :

& ruidos e vibrações nos quadros e nos elementos eletromagnéticos tais como transformadores, motores, etc...

& aquecimento dos transformadores, alternadores, bancos de capacitores

& aquecimento dos condutores de fase e neutro & disfunções e perturbações nos equipamentos sensíveis & disparos das proteções & ‘flicker’ nas telas e monitores ( vídeo, informática...) & deterioração do fator de potência.

! Todo ele se traduz em correntes harmônicas importantes ! A qualidade da energía, não é adequada as suas necessidades.

Sintomasi t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 37

Angel Alberto Pérez Miguel

! As perdas em Joules : Para cada corrente harmônica, o efeito aumenta a resistência R dos enrolamentos. As perdas em Joule

! As perdas no entreferro : Devido a soma das perdas por histerese (prop. de la F) e das perdas por correntes de Foucault (prop. do quadrado de F). as perdas no entreferro.

! desclassificação : as correntes harmônicas aumentam a corrente eficaz global. a norma NFC 52-114 permite calcular o coeficiente de desclassificação k .

Exemplo : um transformador de 1000 kVA alimenta uma ponte retificador exafásico gerando : H5 = 25%, H7 = 14%, H11 = 9%, H13 = 8% . Determinação do coeficiente de desclasificação : k = 0,91 A potencia aparente do transformador estará limitada a 910 kVA !...

As correntes harmônicas tem a ver com os efeitos em : desc

lass ifica

ção !

! A taxa de distorção e tensão (influência de Zs) : a impedância interna aumenta com a frequência. A THDU

P cu R I eficaz. . .= 2

Os transformadores tr f r r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 38

Angel Alberto Pérez Miguel

Como medir nas

instalações

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 39

Angel Alberto Pérez Miguel

TIPO

MÉDIO (AVG)

VERDADEIRO VALOR EFICAZ (TRMS)

Onda Quadrada

10 % elevado

Correto

Onda Senoidal

Correto

Correto

Onda Distorcida

40 % baixo

Correto (dentro da classe

especificada)

Equipamentos de medida para harmônicos

i t i r r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 40

Angel Alberto Pérez Miguel

0 450

220

Valor promedio

175

220 Vac

ac

dc

medio

x 1,11

Sinal senoidal Veff/Vmedio 1/2 periodo = 1.11

CF = 1.414

Instrumentação de valor médioI tr t l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 41

Angel Alberto Pérez Miguel

220 Vac

x 1,11ac

dc

0 450

220

Valor medio

175

Com as formas de ondas não senoidais provocam erros de até 40%!

Instrumentação de valor medioI tr t l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 42

Angel Alberto Pérez Miguel

220 Vac + -

+V

-V

Detector de verdadeiro AC

0 450

220

Valor TRMS Vac Vdc

R R

Vrms: Tensão em varia que produz a mesma potência dissipada em uma resistência que uma tensão Vdc contínua.

Instrumentação de verdadeiro valor eficazI tr t r ir l r fi

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 43

Angel Alberto Pérez Miguel

Verdadero Valor Eficaz Valor medio

Factor de forma (Veff/Vmedio)

Factor de cresta (CF) Error

Señal 1 22,0 A 22, 0 A 1,11 1,41 0% Señal 3 21,3 A 19,5 A 1,21 1,46 9% Señal 6 16,8 A 12,4 A 1,5 1,86 26%

Señal 1

-400,00 -300,00 -200,00 -100,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00

3

,

,

,

inal 6

,

0,00

200,00

400,004 A

0 A

- 4 A

r l i

Fator de for a Fat r cri E ro

inal 1 , , inal 3 , , inal 6 , ,

Valor eficaz / Valor mediol r fi / l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 44

Angel Alberto Pérez Miguel

Erro na medida de valor eficazrr i l r fi

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 45

Angel Alberto Pérez Miguel

Soluções eletrotécnicas

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 46

Angel Alberto Pérez Miguel

Fontes

Transformadores com diferentes acoplamentos

2 Confinamento h3 e múltiplos.

p1 = p2

h5, h7

D

d y 3

D

y

Y

y

p1 = p2 4

L

5

Selfs anti - hn.

L

6

1

D

yn

h3 h9

2

3 4y Atenuação das

Classes h5 e h7 (exafásicos).

Filtros sonoros

5 Tratamento hn. da frequência dos sonoros.

6 Atenuação THD(i).

Sobredimensionamento de fontes, cabos ...

- Não elimina os harmônicos.

1

As soluções eletrotécnicas l l tr t i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 47

Angel Alberto Pérez Miguel

Cargas monofásicas com alto conteúdo de harmônicos 3º, 5º, 7º, 9º, 11º e 13º grande intensidade pelo neutro

Harmônicos 3º e múltiplos de 3 não circulam para cima

h3 h9

h3 h9

Transformadoresr f r r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 48

Angel Alberto Pérez Miguel

h5 h7 h5 h7

h5 h7 h5 h7

Harmônicos 5º e 7º não circulam para cima

Inversão de fase dos harmônicos 5º e 7º ficando o resultado do somatório

Transformadoresr f r r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 49

Angel Alberto Pérez Miguel

Filtro sintonizado

Fonte Carga

Filtro passivoiltr i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 50

Angel Alberto Pérez Miguel

+

-

THDI 60%

THDI 33%

THDI 6%

Filtro passivo + indutância sérieiltr i i t i ri

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 51

Angel Alberto Pérez Miguel

1

1.1

63kV Scc=200MVA

Sn=50MVA Scc=330MVA

11kV

Gh=40MVA Q a calcular

cosϕ1=0,75 cos ϕ2>0,9

P 20MW

Antes do filtro

Taxa de distorção em tensão = 6,78% cos ϕ = 0,75

Depois do filtro Taxa de distorção em tensão = 0,87% cos ϕ = 0,98

40%

30%

20%

10%

Ih/I 1%

1 3 5 7 11 13 17 19

Filtros

F5 F7 F11

Efeito sobre os capacitoresf it r it r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 52

Angel Alberto Pérez Miguel

colocação de retificador

Classe 5 7

11 13

I % 33 9,5 6,5 3,3

Fr = 5,1

Amplificação Sem bateria THDV : 3 % Com batería THDV : 6 % Com C A THDV : 0,6 %

20 kV, 250 MVA

Sn= 630 kVA Ucc = 6 %

0,4 kV

Gh= 270 kW

Cosϕ1 = 0,9 cos ϕ2 = 0,98

380 kvar

P

300 kW

Compensador ativo

Ic

Efeito sobre os capacitoresf it r it r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 53

Angel Alberto Pérez Miguel

'Filtro de correntes homopolares cargas monofásicas e/ou desequilibradas

'Gama de 12 - 280 kVA para as aplicações terciarias

O filtro bloqueia todas as correntes homopolares, Que são do tipo H3 devido a um desequilíbrio

CleanWavel

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 54

Angel Alberto Pérez Miguel

" Reequilíbrio parcial das correntes acima do filtro 'se I carga = I, 0, 0, aguas acima 2/4 I, 1/4 I, 1/4 I 'se I carga = I, I, 0 , aguas acima 1/4 I, 1/4 I, 2/4 I

Corrente carga

I1 = I I2 = 0 I3 = 0

Corrente acima filtro

I1 = 2/4 I I2 = 1/4 I I3 = 1/4 I

Neutro : In = 0

Lo

Zo

CleanWavel

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 55

Angel Alberto Pérez Miguel

Compensação ativa

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 56

Angel Alberto Pérez Miguel

! O compensador ativo gera correntes que se opõe aos harmônicos criados pelas cargas não lineares.

! Está dimensionado para as correntes harmônicas (Potência deformada). ! A corrente consumida pela carga será :

I carga = I fonte + I compensador

Fonte de potência

Carga não linear

Compensador Ativo

De Harmônicos

Is Ich.

Ic.

O compensador ativo dos harmônicos r ti r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 57

Angel Alberto Pérez Miguel

=

+

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

If. (fundamental)

IH. (harmônicos)

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

2

1,5

Compensador ativo

Ic

Fonte Carganão linear Is Ich

I. compensador

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

2

1,5

I. fonte

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

I. carga

Princípio de funcionamentori í i f i t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 58

Angel Alberto Pérez Miguel

" Argumentação da potência aparente e sobredimensionamiento das fontes

> Com cargas lineares, sem harmônicos :

• Cos phi = Fp =P/S

> Com cargas não lineares :

• Cos ϕ = P1/S1 componentes do sinal fundamental • Fator de potência = P/S

> S = Potência aparente ou consumida

P (W) Q (var)φ

S (VA)

S (VA)

D armónica

P2 + Q2S =

P2 + Q2 + D2S =

Os efeitos das correntes harmônicas f it rr t r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 59

Angel Alberto Pérez Miguel

Corriente compensada Corriente sin compensar

Corriente del compensador

Ensaio Reali l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 60

Angel Alberto Pérez Miguel

Corriente compensada

Corriente sin compensar

Armónicos compensados

Armónicos sin compensar

Corriente del compensador

Ensaio Reali l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 61

Angel Alberto Pérez Miguel

20 A - 30 A - 45 A - 60 A - 90 A - 120 A

A gama completa l t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 62

Angel Alberto Pérez Miguel

Ventilação : entrada de ar.

Ventilação : saida de ar.

versão seguro na parede versão integrado no armário

.

Instalação localizaçãoI t l l li

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 63

Angel Alberto Pérez Miguel

1

Interface utilizador

2

Sinalização

Exploração : útil simples

e completos !

*compensador em funcionamento *limitação de corrente

*compensador parado

(Informações disponíveis em contatos secos)

1

2

Exploração comunicaçãol r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 64

Angel Alberto Pérez Miguel

! Parâmetros de entrada . % tensão : 380 V , - 15 % + 15 % % fases : trifásico com ou sem neutro. Funcionamento com cargas

monofásicas desequilibradas e trifásicas % frequência : 50 Hz o 60 Hz , +/- 5 % com auto-configuração

! Compensação harmônicos . % classe harmônicos compensados : H 2 a H 25

% tipo de compensação : harmônicos - cos ϕ - misto (Hn + cos ϕ) % modo de compensação (Hn) : global ou seletivo (escolha das classes) % taxa de atenuação : >10 a plena carga ( THDI)

% melhora do cos ϕ : possível até 1 ! Regime dinâmico .

% tempos de resposta : < a 20 ms com método global de tratamento de corrente.

Prestação geralr t r l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 65

Angel Alberto Pérez Miguel

I fase = 37 A THDI = 88 % S = 8,2 kVA Fator potência = 0.63 Cos ϕ = 0.84

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

corrente na ‘red com SineWave’ tratamento misto (Hn + reativa)

I fase = 25A (-32%) THDI (tr = 9) = 9,5% S = 5,5 kVA Fator de potência = 0.99 Cos ϕ = 1

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

corrente na ‘red sem SineWave’

0

Ponte Graëtz 6 pulsost r t l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 66

Angel Alberto Pérez Miguel

I fase = 48 A THDI = 81 % I neutro = 42 A S = 10,6 kVA Fator potência = 0.77 Cos ϕ = 0.99

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

corrente na ‘red sem SineWave’

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

2

1,5

corrente na ‘red com SineWav’e

I fase = 38A (-21%) THDI (tr = 24) = 3,4% I neutro = 2,6 A S = 8,4 kVA Fator de potência = 1 Cos ϕ = 1

Cargas R C Dr

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 67

Angel Alberto Pérez Miguel

THDI = 92.6% F.P = 0.73

2.9 % 1.0

correntes harmônicas com SineWave

0

20 40

60

80 100

120

H1 H3 H5 H7 H9 H1 1

H1 3

H1 5

H1 7

H1 9

H2 1

redução de 27 % de corrente eficaz na ‘red’

correntes harmônicas sem SineWave

0 20

40 60

80 100

120

H1 H3 H5 H7 H9 H1 1

H1 3

H1 5

H1 7

H1 9

H2 1

Carga informática R C Dr i f r ti

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 68

Angel Alberto Pérez Miguel

0 20

40 60

80 100

120

H1 H3 H5 H7 H9 H1 1

H1 3

H1 5

H1 7

H1 9

H2 1

Correntes de entrada Variador sem SineWave

THDI = 124.3 %

I eficaz A.S.I = 35.1 A

Fator de potência = 0.71

13.4 %

24.7 A

0.91

Correntes de entrada Variador com SineWave

0

20 40

60

80 100

120

H1 H3 H5 H7 H9 H1 1

H1 3

H1 5

H1 7

H1 9

H2 1

Variador de velocidaderi r l i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 69

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La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 71

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R1

Cf

Lf L1CT2

K1

C2

C3

ELECTRONICA DE MANDO

Ih

Im

Udc

Sinal de mando

CONVERTIDORfonte

carga

extração dos

harmônicos

Regulação e

controles

Geração do sinal

de mando

CT1

X

X

DJ

Funcionamento internoi t i t r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 72

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Indutância de línea

Filtro

Pre-Carga Contator

Indutância

AC Línea

S4

S5

S6

S1

S2

S3 DC Bus Condensadores

IGBT Módulo

Esquema de potência t i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 73

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-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

Ieff = 18.1A, THDI = 7.5%, Fc = 1.46

-2,5 -2

-1,5

-1 -0,5

0

0,5 1

1,5 2

2,5

Ieff = 24.8A, THDI = 104.8%, Fc = 2.92

I.neutro = 31.6A

I cargas

I red

I.neutro = 5.8A

Ordenador de despachos

Posto de trabalho

impressora

Ord.portatil

TGBT

Quadro informática

Modo de funcionamento f i t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 74

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C.B.T secundário

* Posta em paralelo ao SineWave do mesmo calibre (4 máximo ). * Somente 1 captador comum.

Cargas não lineares

captador comum

evolução extensão

SW 1 SW 2

Modo de funcionamento f i t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 75

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Este modo de funcionamento permite tratar :

- a despoluição " usuarios" da saida D2 (exemplo. H3)

com o SW2 - a despoluição " global "

da saida D1 (ex. H5, H7 H9 ...) com o SW1, mais o

complemento eventual de D2.

T.B.T secundário

captador 1 captador 2

SW 2 SW 1

D1 D2

Cargas não lineares

Funcionamento em cascatai t t

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 76

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M M M

Quadro terminal

Saidas S1 Saidas S2 Saidas S3

Quadro secundário

Quadro general Baixa tensão

CGBT

Saídas MS1 Saídas MS2 Saídas MSn

BT

! compensação local

! compensação parcial

! compensação global

A escolha do ponto de inserção será função de criterios técnico-económicos dependente : - das medidas realizadas - do grau de despoluição desejado - da compensação da reativa

C R

C

B

A

Pontos de inserçãot i r

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 77

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Capacidade de compensação 20 A 30 A 45 A 60 A 90 A 120 A - em A. eff. / fase

- em A eff . Neutro (x3) 60 A 90 A 135 A 180 A 270 A 360 A

Calibre das proteções

Perda a evacuar 900 W 1300 W 1800 W 2400 W 3600 W 4800 W

Ruido acústico < 55 dBA < 55 dBA < 60 dBA < 60 dBA < 65 dBA < 65 dBA

Temperatura de funcionamento < 25° recomendada , de 0° a 40° permanente

Umidade relativa e 0 a 95 % sin condensação Altitude de funcionamento < 1000 m

Normas (qq. referências) - construção e segurança EN 50091-1 (concepção CEI 146 - proteção IP 305 : CEI 529) - CEM emissão conduzida e radiada EN 55011 clase A

Imunidade as descargas eletro - estáticas CEI 801-2 y CEI 1000-4-2 niv. 4 Imunidade aos campos radiados CEI 801-3 y CEI 1000-4-3 nivel 3 Imunidade as ondas de choque CEI 801-4 y CEI 1000-4-4 nivel 4

Característicasr t rí ti SW 20 SW 30 SW 45 SW 60 SW 90 SW 120

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 78

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Casos reais

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 79

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Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 80

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Durante as provas de um novo teleférico de uma importante estação de esquí, se observaram varios problemas.

O transformador de alimentação vibrava e os cabos se esquentavam

O teleférico se parava

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 81

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Um teleférico é básicamente um grande motor elétrico com velocidade variável, mas o problema deve-se aos

harmônicos injetados.

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 82

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I rms 239,8 A

THD (I) 40,94 %

I harmônico 90,7 A

Problemas reaisr l r i ANTES

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 83

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Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 84

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I rms 206,7 A

THD (I) 6,84 %

I hrmônico 14,1 A

Problemas reaisr l r i DEPOIS

-14%

-83%

-84%

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 85

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Forma de onda de um variador de velocidader ri r l i

Forma de onda compensadar

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 86

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Espectro harmônico de um variador de velocidadetr r i ri r l i

Espectro harmônico compensadotr r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 87

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- Resultado final:

*Ausência de:

- vibração

- aquecimento

*Cliente (e usuarios)

Satisfeitos!

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 88

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Uma instalação industrial com um transformador de 3.500 kVA, no qual podemos utilizar somente 2.200 kVA.

Não admite mais cargas

Transformador desclassificado

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 89

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dos variadores de 200 kW cada um

As cargas consideradas conflituosas são:

dois fornos de 100 kW cada um outro variador de 132 kW

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 90

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Medidas preliminares (em um cabo de 3 em paralelo):

I 459A

Iharmônico 124,6 A

THD(I) 32,24%

Problemas reaisr l r i

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Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 92

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Medidas com dois filtros ativos ligados (no mesmo cabo):

I 421A

Iharmônico 13,8 A

THD(I) 3,3%

Solução

Problemas reaisr l r i

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 93

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" submetido a um alto nível de harmônicos e sobre- intensidades

Lembre-se que qualquer quadro pode incluir barras de conexão

Ensaio Reali l

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 94

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AS REGRAS DE OURO • Evitar a redução dos cabos de neutros, que em certos casos

deverá duplicar-se

• Considerar a segregação de circuitos quando a maior parte da carga é eletrônica

• Ter em conta o espectro harmônico dos equipamentos a instalar

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 95

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A QUALIDADE DA ONDA

MELHORAR TEM UM CUSTO

NÃO FAZÊR-LO PODE CUSTAR MUITO

CARO

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 96

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Falando em termos de qualidade da onda de tensão é baseada na norma Norte Americana (IEEE-519-1992)

“Prática recomendada”

THDU Global < 5%

THDU Individual < 3%

Qualidade da ondali

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 97

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As normas de emissão de harmônicos:

" IEEE 519-2 (USA): taxa de rejeição harmônica < 5%

" CEI 61000-3-2 (EN61000-3-2) aplicável nos equipamentos <16 A

" CEI61000-3-4 (EN61000-3-4) ' Aplicavel nos equipamentos >16A/fase ' Conectados nas redes BT ⌫600 V ' Frequências < H40 ' Níveis requeridos

As normas sobre os produtos r r r t

Compatível com todas as normas

La amenaza de los armónicos y sus soluciones - Página 98

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O filtro THM (Compensador Ativo) é o único dispositivo permanente conforme com as recomendações do guía CEI para todas as classes

Harmônicos

As normas sobre os produtos r r r t

Compatível com todas as normas Hk %H1

Limites da CEI 61000--3-4

Sem filtro Filtro LC Dupla ponte THM integrado

H3 21,6% - - - - H5 10,7% 32% 2,9% 2,8% 2,5% H7 7,2% 2,5% 1,9% 1,5% 1,5% H9 3,8% - - - - H11 3,1% 6,1% 3,8% 9,1% 2% H13 2,0% 2,7% 1,9% 7,1% 0,5% H17 1,2% 2,5% 1,1% 1% 1,1% H19 1,1% 1,6% 0,7% 0,7% 0,9% THDI 25% 33% 6% 12% 4%

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