9 de agosto de 2015

MUDAMOS DE ENDEREÇO

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3 de novembro de 2014

NOTCHING

No artigo anterior, tratamos dos cálculos para os desequilíbrios de tensão em diversas normas. Neste artigo, vamos falar de um distúrbio que não é muito falado, mas que pode afetar a instalação elétrica e o funcionamento de equipamentos, principalmente se eles usam como princípio as passagens por zero, ou como conhecido “cortes de tensão” ou ainda “zero crossing”.
De acordo com a norma IEEE 1159-2009, o corte de tensão (notching) é um fenômeno de qualidade da energia elétrica caracterizado por ser uma distorção da forma de onda (podendo a tensão, neste corte, oscilar), com polaridade oposta à da mesma e duração inferior a meio ciclo. Estes cortes aparecem sempre de forma periódica. O fenômeno pode ser visto na imagem abaixo:


Sua caracterização pode ser pela sua amplitude relativa ou altura relativa (Notch depth) que é a razão entre o valor médio da profundidade e a magnitude da onda de tensão no momento do corte. Outra forma de caracterizar é pela área (notch area).
Os notchings, normalmente aparecem em instalações onde há conversores com alta distorção harmônica, e com fontes de baixa potência de curto circuito. Esta relação é o ambiente ideal para o surgimento destes cortes de tensão.
Os notchings são gerados a partir da comutação de pontes retificadoras entre os ciclos e pode ser interpretada como curtos-circuitos instantâneos entre as fases, por este motivo a importância da potência de curto-circuito da fonte. Por ocorrerem nas comutações e estas comutações ocorrerem periodicamente, como é o caso de um conversor de 6 pulsos, que ocorrem a cada 60 graus, os notchings são considerados fenômenos periódicos.
Para se identificar os cortes de tensão, é necessário que o instrumento tenha leitura de, no mínimo, 512 amostras por ciclo.
Como conceito, este distúrbio pode causar problemas de funcionamento de circuitos e deve ser considerado nas análises. Como já dissemos anteriormente, mas vale ressaltar, os distúrbios devem ser sempre estudados de forma correlata e neste caso não é diferente em relação às harmônicas, por exemplo.

No próximo artigo, vamos dar um tempo na conceituação dos distúrbios da energia elétrica e vamos falar da importância de todos com a qualidade da energia elétrica. Então até lá!

5 de outubro de 2014

COMO SE CALCULA O DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO.

Oficialmente devemos calcular usando as fórmulas do PRODIST.

No artigo anterior tratamos do desequilíbrio de tensão com relação aos parâmetros do Prodist, com o conceito e a forma de cálculo para este requisito, definido no Prodist e que pode ser visto novamente na figura 1 abaixo. Entretanto, há algumas outras formulas que permitem calcular o índice de desequilíbrio de tensão e que são apresentadas abaixo:
 Cálculo de desequilíbrio de tensão pelo Prodist.


A NEMA – National Electrical Manufactorer Association – A Associação dos fabricantes de equipamentos e produtos elétricos, define o desequilíbrio como sendo a relação entre a variação de tensão dividido pelo valor médio.


Já o IEEE – Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos define o cálculo de forma diferente.

Abaixo podemos ver um resumo das principais formulas de cálculo do desequilíbrio de tensão.

Entretanto vale lembrar que os valores devem ser medidos pela fórmula do Prodist para efeito de cumprimento de legislação.

No próximo artigo vamos falar de um conceito pouco tratado, mas que pode afetar os equipamentos, o Notching. Então até lá!

4 de outubro de 2014

O DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO E O PRODIST

Os limites para um desequilíbrio de tensão aceitos pelo PRODIST.

No artigo anterior tratamos da Variação de Tensão de Curta Duração com relação ao Prodist – Procedimento de Distribuição da ANEEL. Neste artigo o assunto será o desequilíbrio de tensão ainda com base no Prodist. Mas antes vamos discorrer um pouco sobre o conceito de desequilíbrio de tensão.  
O desequilíbrio de tensão em um sistema elétrico trifásico é uma condição na qual as fases apresentam tensão com módulos diferentes entre si, ou defasagem angular entre as fases diferentes de 120° elétricos ou, ainda, as duas condições simultaneamente. Sabe-se que a presença de cargas trifásicas desequilibradas conectadas a um sistema trifásico causa um desequilíbrio de tensão, uma vez que as correntes absorvidas nas três fases não são simétricas, isto é, não são iguais em módulo nem tão pouco defasadas de 120°. Normalmente, em sistemas de alta tensão não existem grandes desequilíbrios, exceto quando alimentam instalações com cargas monofásicas de grande porte, tais como trens com tração elétrica ou fornos elétricos monofásicos.
Abaixo uma representação gráfica de tensões desequilibradas:



Pelo Prodist – módulo 8 -  a definição de desequilibro de tensão é o fenômeno associado a alterações dos padrões trifásicos do sistema de distribuição.
Estes desequilíbrios causam aquecimento em equipamentos como motores e transformadores causando assim a redução de suas vidas úteis. Também são responsáveis por desperdício de energia, devido a perda Joule. Durante um webminar com o Professor José Carlos de Oliveira da Universidade Federal de Uberlândia, foi apresentado o seguinte gráfico abaixo:

Efeito do desequilibro de tensão na corrente e na temperatura de um motor de indução trifásico.
Observa-se que um desequilíbrio de 5% pode elevar a temperatura em mais de 20 graus. Considerando que a cada 10 graus de aumento de temperatura um motor perde 50% de sua vida útil, teremos que esta condição reduziria a vida útil deste equipamento a uma porcentagem muito pequena (cerca de 20%).
Para o cálculo do desequilíbrio, o Prodist define como sendo:
Onde:

O Prodist define ainda como sendo o valor de referência máximo para efeito de planejamento elétrico para qualidade de energia elétrica o valor máximo de 2% de desequilíbrio, em média e alta tensão (item 5.6.1)
Como podemos ver, o desequilíbrio de tensão é um fator de perda de energia e de vida útil, além de causar graves problemas no funcionamento de equipamentos.
No próximo artigo vamos explorar um pouco mais o tema desequilíbrio de tensão. E as várias formas de cálculo. Então até lá!

PRODIST E O VTCD

Variação de tensão de curta duração vista pelo PRODIST.

No artigo anterior falamos sobre a seção 4 do módulo 8 do PRODIST –Procedimento de Distribuição da ANEEL, que visa regulamentar a qualidade da energia elétrica nas redes de transmissão e distribuição da energia elétrica. Neste artigo conheceremos os parâmetros descritos na seção 7 que versa sobre variação de tensão de curta duração ou simplesmente VTCD.
Como já vimos em artigos anteriores, a variação de tensão de curta duração pode ser classificada em momentânea e temporária e tem sua classificação em função da duração e da variação da amplitude em relação ao valor eficaz, como pode ser visto na tabela abaixo:

Pelo Prodist VTCD são desvios significativos no valor eficaz da tensão em curtos intervalos de tempo e são classificados conforme a tabela acima.
Para a identificação, o Prodist determina a metodologia de medição tratado no item 7.4 como podemos ver abaixo:

7.4 Metodologia de medição. 

7.4.1 Além dos parâmetros duração e amplitude já definidos, a severidade da VTCD, medida entre fase e neutro, de determinado barramento do sistema de distribuição é também caracterizada pela frequência de ocorrência. Esta corresponde à quantidade de vezes que cada combinação dos parâmetros duração e amplitude ocorrem em determinado período de tempo ao longo do qual o barramento tenha sido monitorado.
7.4.2 O indicador a ser utilizado para conhecimento do desempenho de um determinado barramento do sistema de distribuição com relação às VTCD corresponde ao número de eventos grupados por faixas de amplitude e de duração, discretizados conforme critério estabelecido a partir de levantamento de medições.
7.4.3 Num determinado ponto de monitoração, uma VTCD é caracterizada a partir da agregação dos parâmetros amplitude e duração de cada evento fase-neutro. Assim sendo, eventos fase-neutro simultâneos são primeiramente agregados compondo um mesmo evento no ponto de monitoração (agregação de fases).
7.4.4 Os eventos consecutivos, em um período de três minutos, no mesmo ponto, são agregados compondo um único evento (agregação temporal).
7.4.5 O afundamento ou a elevação de tensão que representa o intervalo de três minutos é o de menor ou de maior amplitude da tensão, respectivamente.
7.4.6 A agregação de fases deve ser feita pelo critério de união das fases, ou seja, a duração do evento é definida como o intervalo de tempo decorrido entre o instante em que o primeiro dos eventos fase-neutro transpõe determinado limite e o instante em que o último dos eventos fase-neutro retorna para determinado limite.
7.4.7 As seguintes formas alternativas de agregação de fases podem ser utilizadas:
a) agregação por parâmetros críticos - a duração do evento é definida como a máxima duração entre os três eventos fase-neutro e o valor de magnitude que mais se distanciou da tensão de referência;
b) agregação pela fase crítica - a duração do evento é definida como a duração do evento fase-neutro de amplitude crítica, ou seja, amplitude mínima para afundamento e máxima para elevação.
7.4.8 Afundamentos e elevações de tensão devem ser tratados separadamente.
7.5 Instrumentação.
7.5.1 Os instrumentos de medição devem observar o atendimento aos protocolos de medição e às normas técnicas vigentes.
7.6 Valores de referência.
7.6.1 Não são atribuídos padrões de desempenho a estes fenômenos. 
7.6.2 As distribuidoras devem acompanhar e disponibilizar, em bases anuais, o desempenho das barras de distribuição monitoradas. Tais informações poderão servir como referência de desempenho das barras de unidades consumidoras atendidas pelo SDAT e SDMT com cargas sensíveis a variações de tensão de curta duração.
Como podemos ver, o Prodist define o protocolo de medição e remete os instrumentos ás normas técnicas. Também estipula que as distribuidoras acompanhem as medições para serir como referencia de desempenho.
No próximo artigo vamos continuar explorando o PRODIST, falaremos da seção 5 Desequilíbrio de tensão. Então até lá!

PRODIST E AS HARMÔNICAS

PRODIST - O Procedimento de distribuição de energia elétrica.

No artigo anterior falamos sobre a diferença entre os valores RMS e RMS verdadeiro e suas variações em função da forma de onda.
Neste artigo, falaremos sobre um documento chamado Prodist, que vem da junção de parte das palavras Procedimento de Distribuição. De forma completa, o Prodist é: Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional. Este procedimento - PRODIST são documentos elaborados pela ANEEL e normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica.
O PRODIST contém nove Módulos como mostrado abaixo:
·         Módulo 1 - Introdução
Destes nove módulos, o oitavo módulo diz respeito à qualidade da energia elétrica. O módulo 8 contém prescrições para diversos distúrbios, como descrito abaixo:
·         Tensão em regime permanente,
·         Fator de potência,
·         Harmônicos,
·         Desequilíbrio de tensão,
·         Flutuação de tensão,
·         Variação de tensão de curta duração e
·         Variação de frequência.
No item 4 temos os harmônicos, que envolvem as correntes e a tensão, porém o Prodist só trata das tensões distorcidas, as harmônicas. Vejamos então o que diz o Prodist neste quesito:
Definição: As distorções harmônicas são fenômenos associados com deformações nas formas de onda das tensões e correntes em relação à onda senoidal da frequência fundamental.
  
Terminologia:

A tabela acima define as terminologias adotadas no Brasil para as harmônicas. Como as harmônicas foram estudadas por anos, com base em documentos da IEC e do IEEE, é comum, conhecer DTT, por THD – Total Harmonic Distortion, por exemplo.
A metodologia de medição é apresentada abaixo e diz respeito à distorção harmônica individual e total:

Ainda no item 4.4 e 4.5 se definem alguns parâmetros da metodologia de medição e de instrumentação, para que seja garantida a unicidade das medições.
4.4.1 Os sinais a serem monitorados devem utilizar sistemas de medição cujas informações coletadas possam ser processadas por meio de recurso computacional.
4.4.2 A capacidade de armazenamento dos sistemas de medição deve atender os requisitos de banco de dados do protocolo de medição a ser definido pela ANEEL.
4.4.3 Para os sistemas elétricos trifásicos, as medições de distorção harmônica devem ser feitas através das tensões fase-neutro para sistemas estrela aterrada e fase-fase para as demais configurações.
4.5 Instrumentação.
4.5.1 Os instrumentos de medição devem observar o atendimento aos protocolos de medição e às normas técnicas vigentes.
4.5.2 O espectro harmônico a ser considerado para fins do cálculo da distorção total deve compreender uma faixa de frequências que considere desde a componente fundamental até, no mínimo, a 25ª ordem harmônica (hmin = 25).
4.5.3 Os TPs utilizados em um sistema trifásico devem ter as mesmas especificações e suas cargas devem corresponder a impedâncias semelhantes, e serem conectadas em Y – Y aterrado, independentemente do tipo ou classe de tensão. Para os casos sem conexão à terra podem ser utilizados arranjos para os TPs do tipo V.
O item 4.6 traz os valores de referência para as distorções harmônicas de tensão como pode ser visto abaixo:
4.6.1 Os valores de referência para as distorções harmônicas totais estão indicados na Tabela 3 a seguir. Estes valores servem para referência do planejamento elétrico em termos de QEE e que, regulatoriamente, serão estabelecidos em resolução específica, após período experimental de coleta de dados.

4.6.2 Devem ser obedecidos também os valores das distorções harmônicas individuais indicados na Tabela 4 a seguir.

Podemos observar que o Prodist traz vários parâmetros sobre as harmônicas, e se aplicam às redes de distribuição de energia, mas sempre digo que este documento poderá ser usado para uma futura tarifação dos consumidores, já que o Prodist se refere a produtores, distribuidores e consumidores. Fique atento.

No próximo artigo vamos continuar explorando o PRODIST, mas falaremos dos parâmetros de VTCD – Variação de Tensão de Curta Duração. Então até lá!

RMS X RMS VERDADEIRO

True RMS é necessário.


No artigo anterior, falamos da potência de distorção harmônica, ou seja, a potência que é gerada pelas harmônicas – consumida - mas não realiza trabalho.
Neste artigo, falaremos sobre um assunto importante, a diferença entre a medida RMS e a TRUE-RMS ou RMS Verdadeiro. Primeiramente, vamos definir o que é RMS, que vem do inglês – Root Mean Square ou valor quadrado médio, que em algumas condições significa o valor eficaz.  Veja definição abaixo:
Em Matemática, o valor quadrático médio ou RMS ou valor eficaz é uma medida estatística da magnitude de uma quantidade variável. Pode-se calcular para uma série de valores discretos ou para uma função variável contínua. O nome deriva do fato de que é a raiz quadrada da média aritmética dos quadrados dos valores. É um caso especial da potência média com o expoente p = 2.
Fonte: Wikipédia consultado em 15/04/2014 - http://pt.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz
Como podemos ver, o valor RMS é obtido para uma função variável contínua como, por exemplo, uma senoide. Entretanto, quando alteramos a forma de onda de senoidal para uma função variável não contínua, o cálculo deve mudar.
Na presença de harmônica, como já vimos, a forma de onda é alterada e, portanto, o valor original RMS deixa de ser verdadeiro, pois foi baseado na senoide. É aí que entra o RMS verdadeiro, que vai avaliar a forma de onda do momento e então criar a função para calcular o valor.
Instrumentos de medição convencionais, ou somente RMS, usam o fator de correção de 1.11 para os valores senoidais retificados em onda completa, como mostra o desenho abaixo:

Instrumento RMS medindo corretamente – sinal senoidal
Na presença de harmônicas, a senoide deixa de existir e, portanto, o valor passa a ser errado, como indicado abaixo:

Instrumento RMS medindo de forma errada – Sinal não senoidal
A solução é usar equipamentos com a característica RMS Verdadeiro, que usa um sistema comparador para identificar o valor real e então apresentá-lo.
Veja abaixo a representação gráfica do que falamos:

 Instrumento RMS Verdadeiro
Com as representações acima, conseguimos ver que um equipamento RMS, pode apresentar medidas erradas em situações em que o sinal é distorcido. Uma destas situações é com relação à distorção harmônica. Portanto, na presença de harmônicas é necessário usar equipamentos RMS Verdadeiro, ou TRUE RMS como é conhecido no mercado.
No próximo artigo vamos falar dos procedimentos de distribuição PRODIST com relação às harmônicas. Então até lá.

27 de março de 2014

POTÊNCIA DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Consome energia mas não realiza trabalho.

No artigo anterior falamos dos estes efeitos harmônicos e mostramos algumas causas nas instalações elétricas. Neste artigo, continuaremos falando destes efeitos. Vamos saber sobre a potência da distorção harmônica.
É isto mesmo, a alteração da forma de onda por meios de senoide com frequências e amplitudes diferentes possuem suas potências características que, por sua vez, afetam o consumo de energia elétrica. Portanto, se fizermos uma avaliação comparativa em nível macro, podemos dizer que ao eliminarmos ou minimizarmos os efeitos das harmônicas em uma instalação podemos reduzir o consumo de energia elétrica, já que a energia é a potência X tempo.
Outro ponto que podemos destacar como parâmetro que se altera pela distorção harmônica é o fator de potência que, no conceito de senoide, é dado pela relação entre potência aparente e potência ativa, sendo comparada ao cosseno Fi (cos Φ), mas na presença de harmônicas este valor deve sofrer uma correção em função dos índices de harmônicas, como pode ser visto na fórmula abaixo:


FP – Fator de Potência
cos Φ – Cosseno do ângulo formando entre Potência aparente e Potência ativa
THDi – Distorção harmônica Total de corrente
Podemos verificar que o fator de potência ganha um elemento de correção em relação ao ângulo das potências que tem como base a distorção harmônica total de corrente.  Como podemos ver no gráfico abaixo:

Veja que a potência total em KVA passa a ser:

Ou seja, a potência total levará em conta a potência da distorção harmônica e, com isto, o consumo de energia aumenta, pois o transformador deverá fornecer esta potência de distorção, porém esta não realizará trabalho sendo desperdiçado.
É importante salientar que devemos estudar os distúrbios de forma integrada para que todos os parâmetros possam ser avaliados. Se tomarmos como base somente o que apresentamos neste artigo, veremos que a redução da potência reativa pode depender também da redução da potência de distorção, com pena de ao reduzir a potência reativa o fator de potência continuar baixo.
Podemos concluir então que um circuito com a presença de harmônicas altera parâmetros como o fator de potência, além dos já vistos anteriormente.

No próximo artigo vamos falar de como identificar e os equipamentos que medem RMS Verdadeiro, até lá.

HARMÔNICA - EXEMPLOS

As somatória de varias senoides deformam a senoide fundamental.


No artigo anterior fizemos uma conceituação básica sobre as harmônicas, citando inclusive a série de Fourier. Neste artigo, vamos falar um pouco do que estes efeitos harmônicos causam nas instalações elétricas.
Primeiramente, vamos lembrar que as distorções harmônicas ocorrem devido, principalmente, a existência de componentes não lineares na rede elétrica. Estes dispositivos distorcem as correntes. Estas distorções dependem da frequência e da amplitude para afetar o sinal original, chamado de frequência fundamental, de uma forma ou de outra.
Vejamos abaixo o efeito causado por uma frequência de terceira ordem (180 Hz) em um sinal senoidal fundamental (60Hz).

Veja agora o efeito de uma harmônica de quinta ordem (300Hz) neste mesmo sinal senoidal (60Hz).








Podemos observar duas coisas. A primeira, diz respeito às formas diferentes que os sinais de 180 e 300 Hz afetam o sinal senoidal. A segunda, apresenta o reflexo na tensão de alimentação do barramento, de forma diferente para cada harmônica. Esta distorção, como citado no artigo anterior, afetará também o funcionamento de outros circuitos, podendo, criar problemas nas instalações em geral. Em um circuito com vários dispositivos não lineares, como é comum no dia a dia, há várias distorções compostas, afetando o circuito elétrico. Sem contar que estes circuitos, são dinâmicos, e, portanto, mudam de características a todo o momento, sendo muito difícil estabelecer um padrão.
Outro problema que surge com o aparecimento das distorções harmônicas é com relação às grandezas características do sinal senoidal que passam a ser alteradas, ou seja, o valor eficaz calculado de uma forma para um sinal senoidal, não obterá o mesmo resultado para um sinal não senoidal. O mesmo acontece com os valores de pico, fatores de crista, valores médios e também com o fator de potência, que tradicionalmente, quando considerado uma senóide, é calculado pela relação entre potência aparente e potência ativa, considerando o valor do coseno formado entre o ângulo destas potências. Porém, com a presença das distorções harmônicas este valor não será o correto.
Haverá outra potência neste circuito a ser considerada, a potência de distorção harmônica. Mas este é um assunto paro a próximo artigo.

Então até lá.