Capítulo 8 Conclusões e Sugestões
8.2. Sugestões para Trabalhos Futuros
Uma dificuldade sentida no desenvolvimento dos Monitorizadores foi a fase de testes e calibração. A construção de uma bancada de testes seria um trabalho interessante a realizar futuramente. Essa bancada serviria para verificar se o equipamento está a efectuar as medições correctamente. A bancada também deverá ter dispositivos que provoquem problemas de qualidade de energia tais como: harmónicos, factor de potência, micro-cortes, transitórios, variações de frequência, faltas, sobretensões e subtensões momentâneas, entre outros. Dessa forma seria muito mais fácil verificar se o equipamento está a detectar correctamente esses problemas de qualidade de energia.
Uma questão importante nos monitorizadores é a normalização das suas medições, isto é, se estão de acordo com parâmetros de normas internacionais. Existem várias entidades com reconhecimento internacional que elaboraram normas que estabelecem regras para a medição de grandezas eléctricas e de problemas de qualidade de energia. Dessas normas destacam-se as seguintes: EN 50160, IEEE 1159, IEC 61000, IEEE 519, IEEE 1453, entre outras. Por isso, será importante futuramente trabalhar nesta área para que o Monitorizador se torne mais fiável e mais credível. Também existe um formato digital, que é adoptado por grande parte dos fabricantes
Capítulo 8 – Conclusões e Sugestões
148 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
destes equipamentos, e que permite que a informação das monitorizações seja guardada para que possa ser partilhada por equipamentos diferentes. Esse formato é denominado por PQDIF (Power Quality Data Interchange Format), e é descrito pela norma IEEE 1159.3. Tratando-se de uma norma amplamente utilizada pelos fabricantes de monitorizadores será interessante futuramente adoptar esta forma de registo de dados para o Monitorizador desenvolvido.
A aplicação “Eventos PQ”, além de registar várias grandezas, também detecta eventos onde ocorram deformações nas formas de onda das tensões, ou subtensões momentâneas ou sobretensões momentâneas. Esse leque de eventos deverá ser alargado e deverão também ser registadas outras situações onde ocorram infracções, tais como: infracção nos limites de desequilíbrios de tensão e de corrente, infracção nos limites das tensões harmónicas, infracção nos limites de frequência, entre outros. Uma funcionalidade que o Monitorizador não incorpora é a medição dos níveis de flicker, e é uma função que futuramente deverá ser desenvolvida visto essa medição ser um parâmetro importante a ter-se em conta na qualidade de energia.
Hoje em dia a energia é vista como um bem muito precioso, e que não pode ser utilizado de forma ineficiente. Por isso a medição do consumo energético torna-se uma medida importante para a gestão correcta desse mesmo consumo. Embora a aplicação “Eventos PQ” registe a energia activa e a energia reactiva, seria interessante criar uma aplicação dedicada à medição de consumos energéticos. Nessa aplicação o utilizador poderia especificar diferentes períodos de medição de acordo com a sua tarifa energética, e dessa forma contabilizava-se a energia dos períodos de vazio, de carga e de ponta separadamente, poupando trabalho posterior na análise dos dados recolhidos. Outra medida importante seria contabilizar a energia reactiva indutiva e a energia reactiva capacitiva separadamente, visto estas serem taxadas de maneira diferente.
REFERÊNCIAS
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[9] Zbigniew Hanzelka, Andrzej Bie´n, “Voltage Disturbances Flicker
Measurement”,AGH University of Science and Technology, October, 2005. [10] IEEE, “Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under
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[11] João L. Afonso, “Filtro Activo Paralelo com Controlo Digital para a Melhoria da Qualidade de Energia Eléctrica”, Tese de Doutoramento, Universidade do Minho, 2000.
[12] Edson H. Watanabe, Maurício Aredes, “Teoria de Potência Ativa e Reativa Instantânea e Aplicações - Filtros Ativos e FACTS”, COPPE/UFRJ.
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[15] Fluke Corporation, “1760 Power Quality Recorder Users Manual”, Rev. 1, 6/07, Junho 2006.
http://assets.fluke.com/manuals/1760____umeng0100.pdf.
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Referências
150 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
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[18] Dranetz-BMI, “MAVOWATT 30 USER´S GUIDE”.
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[19] Dranetz-BMI, “MAVOWATT 40 USER´S GUIDE”.
http://www.gossenmetrawatt.com/resources/ec/mavowatt304070/mavowatt40_ba_gb.pdf
[20] Dranetz-BMI, “MAVOWATT 70 USER´S GUIDE.
http://www.gossenmetrawatt.com/resources/ec/mavowatt304070/mavowatt70_ba_gb.pdf
[21] Chauvin Arnoux, “C.A 8332, C.A 8334 User’s Manual”. http://www.chauvin-arnoux.com/display.asp?5489. [22] Chauvin Arnoux, “C.A 8352, C.A 3834 User’s Manual”.
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(Science & Engineering Journal) SBMag/CBMag 2002 - Edição Especial : 101-
105, 2003, ISSN 0103-944X.
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[28] Chen Qing, Li Hong-bin, Zhang Ming-ming, Liu Yan-bin, “Design and Characteristics of Two Rogowski Coils Based on Printed Circuit Board”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, VOL. 55, no. 3, June 2006. [29] J. Batista, J. S. Martins, J. L. Afonso, “Low-Cost Digital System for Power
Quality Monitoring”, ICREPQ’03 – International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Vigo, Espanha, Abril de 2003. https://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/1771/1/ICREPQ-03_JB.pdf [30] J. Batista, J. S. Martins, J. L. Afonso, “Low-Cost Power Quality Monitor Based
on a PC”, ISIE’2003 - IEEE International Symposium on Industrial Electronics, R.J., Brasil, Jun 2003.
https://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/1777/1/8CLEEE_JB.pdf [31] Akagi, H., Kanazawa, Y. e Nabae, A., “Generalized theory of the Instantaneous
reactive power in three-phase circuits”, in Proc. JIEEE IPEC - Tokyo, 1983, pp. 1375 – 1386.
[32] J. L. Afonso, M. J. S. Freitas, J. S. Martins, “p-q Theory Power Components Calculations”, 2003 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, ISIE '03, vol. 1, 9-11 Jun. 2003, pp.: 385-390.
ANEXO 1
Equações Matemáticas de Alguns Cálculos Utilizadas no
Monitorizador de Consumos e de Qualidade de Energia
Cálculo do Valor Eficaz da Tensão
Cálculo de efectuado num ciclo, corresponde a 300 amostras do sinal.
· (A1.1)
Cálculo do Valor Eficaz da Corrente
Cálculo de efectuado num ciclo, corresponde a 300 amostras do sinal.
· A1.2
Cálculo do Valor de THD da Tensão
Cálculo efectuado até ao harmónico de ordem 40.
THD V % ∑
2 i 2
V1 100%
(A1.3)
Cálculo do Valor de THD da Corrente
Cálculo efectuado até ao harmónico de ordem 40.
THD I % ∑
2 i 2
1 100%
(A1.4)
Cálculo do Factor de Crista da Tensão
(A1.6)
Cálculo do Factor de Crista da Corrente
Anexo 1 – Algumas Equações de Cálculo
A2 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Cálculo da Potência Aparente
(A1.8)
Cálculo da Potência Activa
Cálculo efectuado para 300 amostras por ciclo
∑ 300
(A1.9)
Cálculo da Potência Reactiva
· · ·
√3
(A1.10)
Cálculo do Factor de Potência Total
(A1.11)
Cálculo do Desequilíbrio para a Tensão
% · ·
· · 100%
º
(A1.12)
Cálculo do Desequilíbrio para a Corrente
% · ·
· · 100%
º
ANEXO 2
Exemplo de um Relatório de Monitorização de Consumos
Energéticos e de Qualidade de Energia Eléctrica Realizada
numa Indústria
Relatório
Análise da Qualidade de Energia
Eléctrica
Empresa Electrónica Industrial
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A4 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
A2.1. Introdução
Este relatório apresenta resultados de uma monitorização de consumos energéticos e de Qualidade de Energia Eléctrica (QEE) efectuada no quadro geral de entrada da empresa Electrónica Industrialg (Tabela 1). A monitorização foi realizada
utilizando um Monitorizador de QEE desenvolvido na Universidade do Minho. Este equipamento faz a aquisição das tensões e das correntes presentes no sistema eléctrico e realiza todos os cálculos com base nessas medições.
Neste relatório são apresentadas tabelas e gráficos referentes à tensão e à corrente com os seguintes dados:
• Valor eficaz (true RMS) máximo, médio e mínimo para cada fase;
• THD (Distorção Harmónica Total) máxima, média e mínima para cada fase;
• Para os valores de THD de corrente são desconsiderados os intervalos em que a corrente é insignificante (muito pequena).
• Desequilíbrio máximo, médio e mínimo.
• Para os valores de desequilíbrios de corrente são desconsiderados os intervalos em que a corrente é insignificante (muito pequena).
• Gráficos das potências; • Consumos energéticos;
• Eventos de Qualidade de Energia Eléctrica; • Formas de onda (oscilografia).
Cada ponto apresentado nos histogramas resulta da média dos valores eficazes ao longo de 60 segundos. O relatório também apresenta dados relativamente a variações momentâneas de tensão que ocorreram durante a monitorização (data, instante inicial, duração, valor eficaz e fase). Os limites utilizados para a detecção das sobretensões e subtensões foram os indicados pela norma europeia EN 50160 (± 10% do valor nominal 230V). Os dados sobre as deformações nas formas de onda das tensões também são apresentados numa tabela. Alguns desses eventos são também apresentados graficamente, para que seja possível visualizar com mais pormenor as características do evento. Durante monitorização foram registadas periodicamente as formas de onda das tensões e das correntes. As formas de onda características da instalação são apresentadas em gráficos, e também são disponibilizados alguns dados referentes a essas formas de onda.
g O nome da empresa é fictício.
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica Tabela 1 – Dados da monitorização realizada.
Local Data inicial Instante inicial Data final Instante final Quadro geral de entrada 16-06-2008 10:37:00 24-06-2008 10:36:59
A2.2. Monitorização do Quadro Geral de Entrada
Esta monitorização efectuou-se no quadro geral de entrada. A monitorização teve a duração de 8 dias. Os dados resultantes das medições foram registados em períodos de 60 s. Cada valor registado corresponde à média das medições desse período de registo. Desse modo, cada ponto dos gráficos de tendências, que são apresentados a seguir, corresponde à média dos valores medidos no período de registo de 60 s.
A2.2.1. Fase a
Os valores eficazes e de THD mínimos, máximos e médios da tensão e da corrente na fase a medidos durante a monitorização são apresentados na Tabela 2. A evolução desses valores durante a monitorização é apresentada na Figura 1 e na Figura 2.
Tabela 2 – Valores eficazes e de THD da tensão e da corrente na fase a no quadro geral de entrada.
Mínimo Máximo Média
Tensão Valor eficaz 127,6 V 242,6 V 235,6 V
THD 0,9% 3,6% 1,9%
Corrente Valor eficaz 0,5 A 361,2 A 46,5 A
THD 1,4% 34,5% 22,7%
Figura 1 – Evolução dos valores eficazes da fase a durante a monitorização do quadro geral de entrada: a) Tensão (V); b) Corrente (A).
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A6 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Figura 2 – Evolução do THD da fase a durante a monitorização do quadro geral entrada: a) THD tensão (% ); b) THD corrente (%).
A2.2.2. Fase b
Os valores eficazes e de THD mínimos, máximos e médios da tensão e da corrente na fase b registados durante a monitorização são apresentados na Tabela 3. A evolução desses valores ao longo da monitorização é apresentada na Figura 3 e na Figura 4.
Tabela 3 – Valores eficazes e de THD da tensão e da corrente da fase b no quadro geral de entrada.
Mínimo Máximo Média
Tensão Valor eficaz 126,1 V 241,9 V 234,7 V
THD 0,9% 3,9% 2,1%
Corrente Valor eficaz 0,2 A 371,6 A 41,6 A
THD 1,7% 41,6% 24,2%
Figura 3 – Evolução dos valores eficazes da fase b durante a monitorização do quadro geral de entrada: a) Tensão (V); b) Corrente (A).
Figura 4 – Evolução do THD da fase b durante a monitorização do quadro geral de entrada: a) THD tensão (%); b) THD corrente (%).
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A2.2.3. Fase c
Os valores eficazes e de THD mínimos, máximos e médios da tensão e da corrente na fase c medidos durante a monitorização são apresentados na Tabela 4. A evolução desses valores ao longo da monitorização é apresentada na Figura 5 e na Figura 6.
Tabela 4 – Valores eficazes e de THD da tensão e da corrente na fase c no quadro geral de entrada.
Mínimo Máximo Média
Tensão Valor eficaz 125,7 V 242,4 V 235,8 V
THD 1,0% 3,8% 2,0%
Corrente Valor eficaz 0,2 A 368,1 A 41,9 A
THD 1,9% 42,0% 23,4%
Figura 5 – Evolução dos valores eficazes da fase c durante a monitorização do quadro geral de entrada: a) Tensão (V); b) Corrente (A).
Figura 6 – Evolução do THD da fase c longo da monitorização do quadro geral de entrada: a) THD tensão (%); b) THD corrente (%)
A2.2.4. Neutro
A Tabela 5 mostra o valor eficaz mínimo, médio e máximo da corrente de neutro medido durante o período de monitorização. Na Figura 7 é possível verificar a variação desse valor eficaz durante esse período.
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A8 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Tabela 5- Valores eficazes da corrente no neutro medidos no quadro geral de entrada.
Mínimo Máximo Médio
Valor eficaz 0,3 A 67,0 A 8,7 A
Figura 7 – Evolução do valor eficaz da corrente (A) no neutro durante a monitorização do quadro geral de entrada.
A2.2.5. Desequilíbrios
A Tabela 6 indica os valores de desequilíbrios mínimos, médios e máximos da tensão e da corrente. A variação desses valores é apresentada na Figura 8.
Tabela 6 – Valores do desequilíbrio da tensão e da corrente no quadro geral de entrada.
Mínimo Máximo Médio
Tensão 0,0% 0,3% 0,7%
Corrente 0,4% 22,4% 7,2%
Figura 8 – Evolução do desequilíbrio da tensão e da corrente durante a monitorização do quadro eléctrico geral de entrada: a) Tensão (%); b) Corrente (%).
A2.2.6. Formas de Onda
Durante a monitorização foram registadas periodicamente as formas de onda das tensões e das correntes (intervalos de 30 minutos). São apresentadas na Figura 9 formas de onda, consideradas típicas, da tensão nas três fases e da corrente nas três fases e no neutro
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
Figura 9 – Formas de onda das tensões (V) e das correntes (A) do quadro geral de entrada. Tabela 7 – Dados referentes às formas de onda da Figura 9.
Sinal Valor Valor eficaz Va 231,8 V Vb 230,6 V Vc 232,8 V Ia 200,2 A Ib 187,2 A Ic 186,8 A In 21,4 A Valor THD Va 1,5% Vb 1,6% Vc 1,7% Ia 7,2% Ib 9,2 Ic 7,6% In 10,3 % Factor de potência Fase A 0,8 ind. Fase B 0,8 ind. Fase C 0,8 ind. Total 0,8 Desequilíbrio Tensão 0,3% Corrente 2,3%
A2.2.7. Potência e Energia
As figuras 10, 11 e 12 ilustram as potências nas fases A, B e C. Na Figura 13 apresentam-se as potências totais. Na Tabela 8 apresenta-se o consumo energético durante a monitorização.
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A10 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Figura 10 – Evolução das potências na fase a do quadro eléctrico geral ao longo da monitorização: a) Potência aparente (VA); b) Potência activa (W) e reactiva (VAr) (verde e
vermelho respectivamente).
Figura 11 – Evolução das potências na fase b do quadro eléctrico geral ao longo da monitorização: a) Potência aparente (VA); b) Potência activa (W) e reactiva (VAr) (verde e
vermelho respectivamente).
Figura 12 – Evolução das potências na fase c do quadro eléctrico geral ao longo da monitorização: a) Potência aparente (VA); b) Potência activa (W) e reactiva (VAr) (verde e
vermelho respectivamente).
Figura 13 – Evolução das potências totais do quadro eléctrico geral ao longo da monitorização: a) Potência aparente (VA); b) Potência activa (W) e reactiva (VAr) (verde e vermelho
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica Tabela 8 – Consumos energéticos medidos durante a monitorização do quadro eléctrico geral.
Data inicial Momento inicial Data final Momento final Valor Energia
Activa 16-06-2008 10:37:00 24-06-2008 10:36:59 5446,2 kWh Energia
Reactiva 16-06-2008 10:37:00 24-06-2008 10:36:59 1449,0 kVArh
A2.2.8. Eventos de Qualidade de Energia
Os eventos de Qualidade de Energia são anomalias na tensão de alimentação que podem ser prejudiciais ao normal funcionamento de equipamentos eléctricos. Os eventos registados nesta monitorização foram subtensões momentâneas e deformações da forma de onda.
A2.2.9. Subtensões Momentâneas (Sags)
Na Tabela 9 são indicados alguns dados das subtensões registadas ao longo da monitorização.
Tabela 9 – Subtensões registadas durante o período de monitorização do quadro eléctrico geral. Data Hora Fase Valor eficaz Duração/Tempo Reg.
16-06-2008 13:25:17 Van 128 39 ciclos 16-06-2008 14:28:05 Van 204 2 ciclos 16-06-2008 13:25:17 Vbn 126 38 ciclos 16-06-2008 14:28:05 Vbn 206 1 ciclos 16-06-2008 13:25:17 Vcn 126 39 ciclos 16-06-2008 14:28:05 Vcn 204 2 ciclos
A2.2.10. Deformações de Forma de Onda da Tensão
A Tabela 10 apresenta os eventos em que se verificou uma deformação na forma de onda da tensão. Na Figura 14 são ilustrados dois desses eventos onde se pode verificar com mais pormenor as deformações ocorridas nas formas de onda.
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A12 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Tabela 10- Deformações da forma de onda das tensões.
Evento Origem Data Instante
1 Van 16-06-2008 11:20:28 2 Vbn 16-06-2008 21:52:19 3 Van 17-06-2008 5:50:46 4 Van 17-06-2008 6:04:07 5 Van 17-06-2008 7:20:58 6 Vcn 17-06-2008 9:07:21 7 Vbn 17-06-2008 9:08:34 8 Van 18-06-2008 5:53:19 9 Van 18-06-2008 5:54:33 10 Vcn 18-06-2008 8:15:58 11 Van 18-06-2008 22:22:37 12 Van 18-06-2008 22:23:48 13 Van 19-06-2008 1:01:28 14 Van 19-06-2008 1:02:42 15 Van 19-06-2008 3:40:25 16 Van 19-06-2008 3:41:39 17 Van 19-06-2008 5:53:04 18 Van 19-06-2008 5:54:18 19 Van 19-06-2008 19:23:20 20 Vcn 20-06-2008 6:04:46 21 Van 20-06-2008 8:06:56 22 Van 20-06-2008 21:38:54
Figura 14- Deformações nas formas de onda das tensões: a) Evento 3; b) Evento 5; c) Evento 8; d) Evento 14.
Anexo 2 - Relatório de Análise da Qualidade de Energia Eléctrica de uma Instalação Eléctrica
A2.3. Conclusões
Quanto à qualidade de energia a norma EN 50160 é cumprida no que diz respeito ao THD (o THD da tensão de alimentação, incluindo os harmónicos até à ordem 40, não deve ultrapassar os 8%) e desequilíbrios (por cada período de uma semana, 95% dos valores eficazes médios de 10 minutos da componente inversa das tensões não deve ultrapassar 2% da componente directa). Ainda quanto à qualidade de energia registaram-se afundamentos de tensão e deformações nas formas de onda da tensão documentados nas tabelas e gráficos apresentados. Os afundamentos de tensão foram registados porque a tensão nesses instantes foi menor em mais de 10% da tensão nominal (limite estabelecido pela norma EN 50160).
Grande parte das deformações da forma de onda das tensões pode ser provocada pelos condensadores de correcção do factor de potência. Embora estes eventos não se manifestem significativamente no valor eficaz, alguns equipamentos mais sensíveis podem ser afectados. Esta deterioração não é passível de uma análise objectiva ou quantitativa, no entanto, é reconhecido por entidades internacionais que este tipo de problemas de tensão afecta os equipamentos a longo prazo.
ANEXO 3
Relatórios Gerados Automaticamente pela
Aplicação “Relatórios”
A Figura A3.1 apresenta um exemplo da configuração de um relatório automático na aplicação “Relatórios”.
Anexo 3 - Relatórios Gerados Automaticamente
A16 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Figura A3.2 – Painel “LER DADOS STRIP CHART” da aplicação “Relatórios”.
A Figura A3.3 e a Figura A3.4 apresentam os relatórios em formato HTML e
Word, respectivamente, gerados automaticamente no painel “LER DADOS STRIP CHART”.
Os dois relatórios apresentam a mesma informação. Em ambos os relatórios podem-se visualizar as tabelas com os valores eficazes, factores de potência, valores de THD e energias que são apresentadas no painel “LER DADOS STRIP CHART” (Figura A3.2).
Também se podem visualizar os gráficos de evolução dos valores eficazes das tensões e das correntes apresentadas no painel “LER DADOS STRIP CHART”.
Anexo 4 – Folheto Técnico do Monitorizador de QEE
Anexo 3 - Relatórios Gerados Automaticamente
A18 Sistema de Monitorização de Consumos Energéticos e de Problemas de Qualidade de Energia Eléctrica
Figura A3.4 – Relatório Strip Chart em formato word gerado automaticamente.
Figura A3.5 – Painel “LER DADOS SAGS & SWELLS” da aplicação “Relatórios”.