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harmônicas no neutro, harmônicas no transformador
Tipologia: Resumos
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Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, apresentado à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso, do curso de Engenharia Elétrica do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Dr. Joaquim Eloir Rocha CURITIBA 2016
Dedico este trabalho a minha mãe e a minha esposa que sempre apoiaram minhas escolhas.
Ao prof. Dr. Joaquim por suas orientações precisas e fundamentais para que eu pudesse desenvolver meu trabalho com mais confiança e certeza de que fui pelo caminho certo. Ao setor de projetos da UTFPR por disponibilizarem acesso à subestação de energia elétrica sempre que necessário.
GALINDO, Martins Dario Gonçalves. Evaluation of Harmonic Distortion in a 300 kVA Transformer of the Federal Technological University of Paraná, Curitiba campus, Downtown.
Figura 11 - Formas de ondas características de tensão e corrente em retificadores monofásicos Figura 18 - Corrente contínua e corrente alternada, com efeito pelicular, em condutor elétrico
Tabela 1 - Fluxo dos harmônicos de corrente no condutor neutro, valores máximos encontrados ..................................................................................................................................... 19 Tabela 2 - Distorção harmônica de tensão em % da tensão nominal na frequência fundamental ..................................................................................................................................... 32 Tabela 3 - DTD em % da máxima demanda de corrente IL na frequência fundamental ......... 33 Tabela 4 - Níveis de compatibilidade para harmônicos de tensão individuais em sistemas de distribuição de baixa-tensão de acordo com o IEC 61000-2-2* ..................................... 34 Tabela 5 - Limites para harmônicos de corrente para equipamentos classe A........................ 34 Tabela 6 - Limites para harmônicos de corrente para equipamentos classe C ........................ 35 Tabela 7 - Limites para harmônicos de corrente para equipamentos classe D........................ 35 Tabela 8 - Limites para harmônicos de corrente para equipamentos com corrente maior que 16 A .................................................................................................................................. 36 Tabela 9 - Níveis de planejamento para harmônicos de tensão (% da fundamental) para MT 36 Tabela 10 - Níveis de planejamento para harmônicos de tensão (% da fundamental) para AT e EAT ............................................................................................................................. 37 Tabela 11 - Valores de referência globais das distorções harmônicas totais (em % da tensão fundamental). ............................................................................................................... 37 Tabela 12 - Níveis de referência distorções harmônicas individuais de tensão (em % da tensão fundamental). ............................................................................................................... 38 Tabela 13 - Fator fh para determinação da corrente no condutor neutro................................. 39 Tabela 14 - Valores DHTI e DHII em função da impedância percentual dos reatores de linha Tabela 15 – DTD, DHII e os harmônicos de corrente nas fases A, B e C .............................. 67 Tabela 16 – Valores médios de corrente rms dos harmônicos no condutor neutro ................. 69 Tabela 17 - Distribuição dos harmônicos de corrente para a determinação do FHL ................ 72 Tabela 18 - Comparação com a recomendação do IEEE 18-2012 ......................................... 77 Tabela 19 - Comparação do sistema elétrico do transformador 1 sem o filtro e com o filtro.. 81 Tabela 20 - Distribuição dos harmônicos de corrente para a determinação do FHL com o uso do filtro passivo do tipo shunt ........................................................................................... 82
AQEE – Analisador de Qualidade de Energia Elétrica AT – Alta Tensão BT – Baixa Tensão c.a. – corrente alternada c.c. – corrente contínua CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica DHIv – Distorção Harmônica Individual de Tensão DHTv – Distorção Harmônica Total de Tensão DTD – Distorção Total de Demanda EAT – Extra Alta Tensão EMC – Compatibilidade Eletromagnética IEC – Comitê Internacional de Eletrotécnica IEEE – Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos MT – Média Tensão NBR – Norma Brasileira Regulamentadora PAC – Ponto de Acoplamento Comum PRODIST – Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Nacional PWM – Modulação por Largura de Pulso QEE – Qualidade de Energia Elétrica SE – Subestação de energia elétrica TPs – Transformadores de Potencial TCs – Transformadores de Corrente UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná
fh fator para determinação da corrente no condutor neutro Iφ corrente de excitação Rca resistência em corrente alternada Rcc resistência em corrente contínua r raio do condutor δ profundidade de penetração da corrente ρ resistividade elétrica μ permissividade do material ω frequência angular l comprimento do condutor A seção nominal do condutor I3f harmônicos de corrente de 3a^ ordem nas fases XC reatância capacitiva XL reatância indutiva fp ressonância paralela L indutância C capacitância hr harmônico ressonante kVAtr potência nominal do transformador kvarcap potência reativa do banco de capacitores Z%tr impedância percentual do transformador PNL perdas sem carga PLL perdas com carga PEC perdas nos enrolamentos por correntes de Foucault PEC-R perdas nos enrolamentos por correntes de Foucault em condições nominais IR corrente nominal rms na frequência fundamental POSL outras perdas por dispersão de fluxo POSL-R outras perdas por dispersão de fluxo para valores nominais de carga FQ fator de qualidade R resistência do filtro hs harmônico sintonizado Sb potência base Vb tensão base
Icc3ϕ_simétrico corrente de curto-circuito simétrico Zponto de entrega impedância no ponto de entrega em pu Vprimário tensão no primário do transformador Vsecundário tensão no secundário do transformador FHL fator de perdas por harmônicos Xponto de entrega reatância no ponto de entrega XP reatância do primário do transformador XS reatância do secundário do transformador Xreator reatância do reator IL2 demanda máxima de corrente no secundário do transfomador cosΦmínimo fator de deslocamento mínimo cosΦesperado fator de deslocamento esperado P1Φ_1 potência ativa monofásica na frequência fundamental Q1Φ_1 potência reativa monofásica na frequência fundamental tg tangente acos arco-cosseno Φmínimo defasagem angular mínima entre tensão e corrente Φesperado defasagem angular esperada entre tensão e corrente Qc_necessário potência reativa necessária Qc potência reativa do banco de capacitores Q1Φ_corrigido potência reativa corrigida S1Φ_corrigido_1 potência aparente monofásica corrigida na frequência fundamental cosΦcorrigido fator de deslocamento corrigido Qfiltro potência reativa liberada pelo filtro passivo do tipo shunt Ifiltro corrente nominal do filtro passivo do tipo shunt Ic corrente nominal do banco de capacitores Ifiltro_rms corrente rms do filtro passivo do tipo shunt Vc tensão no banco de capacitores na frequência fundamental Vc_3 tensão no 3° harmônico no banco de capacitores Vc_rms tensão rms no banco de capacitores Vc_pico tensão de pico no banco de capacitores Qc_filtro potência reativa liberada pelo banco de capacitores como parte do filtro
“Um harmônico é definido como um componente com uma frequência que é um múltiplo inteiro (chamado de harmônico de ordem n) da frequência fundamental. O número do harmônico indica a frequência harmônica: o primeiro harmônico é a frequência fundamental (50 ou 60 Hz), o segundo harmônico é a componente com frequência duas vezes a fundamental (100 ou 120 Hz) e assim por diante”. (BAGINNI, 2008, p. 187)
“Alterar a natureza senoidal da corrente alternada (e consequentemente a queda de tensão c.a.) resultando dessa forma no fluxo de harmônicos de corrente no sistema de potência c.a. que pode causar interferência em circuitos de comunicação e outros tipos de equipamentos. Estes harmônicos de corrente podem também levar ao aumento de perdas e aquecimento em numerosos sistemas eletromagnéticos (motores, transformadores, etc.)”.
“Os harmônicos aumentam o sobreaquecimento nos condutores elétricos, motores e transformadores, resultando em uma ruptura prematura da isolação do material e em uma considerável redução na vida útil de motores elétricos e de transformadores”. (ACHA, MADRIGAL, 2001, p. 5)
Tabela 1 - Fluxo dos harmônicos de corrente no condutor neutro, valores máximos encontrados Cor na oscilografia (^) Harmônico Irms [A] Vermelho – traço espesso (^) 1° 100 Azul escuro (^) 3° 327, Vermelho – traço fino (^) 5° 31, Verde escuro (^) 7° 6, Azul claro (^) 9° 109, Verde (^) 11° 9, Fonte: Autoria própria (2016)
Figura 1 - Oscilografia dos harmônicos de corrente no neutro do transformador 1 Fonte: Autoria própria (2016)
