Efeitos de harmônicas em sistemas de potência - Parte 2

Mensagem por **Mário** » 28 jun 2011, 13:31

Boas

Uma vez que você reconheceu que são harmônicas em um circuito ou em um sistema elétrico, o próximo passo é realizar testes para determinar a magnitude eo tipo de harmônicos.
Como VFDs mais e mais, reatores eletrônicos, carregadores de bateria, e compensadores estáticos de var são instalados em instalações, os problemas relacionados com harmônicos são esperados para piorar. Como tal, é importante que você é capaz de determinar os níveis de harmônicas e analisar os dados do sistema para que você possa implementar medidas corretivas e evitar problemas sérios.
Extensão dos harmônicos
Enquanto tensões harmônicas e correntes são, por si só, imperceptível, os fenômenos físicos que os acompanham são perceptíveis. Os efeitos adversos de harmônicos em sistemas elétricos de potência são muito reais, e as falhas relacionadas com harmônicos de tensão e corrente muitas vezes ocorrem sem avisos. Quando você tem uma indicação de que harmônicos estão presentes, o próximo passo é realizar testes para medir seu nível no sistema de potência, você vai precisar dessa informação para determinar o sistema de mitigação de usar.
O grau em que afetam os componentes do sistema harmônico de energia elétrica depende de vários fatores: localização física, práticas de instalação, carga elétrica, e temperatura ambiente. Isto significa que a mesma magnitude dos harmônicos podem afetar duas instalações separadas de forma diferente. Alguns dos sintomas associados com grandes magnitudes dos harmônicos incluem grandes correntes de neutro, o aumento da temperatura excessiva, vibração, ruído audível e mau funcionamento do dispositivo de proteção.
Se você acha que grandes componentes harmônicas estão presentes, primeiro você deve aprender o que o sistema elétrico é realmente carregando em suas linhas.Para fazer isso, você deve usar medidores de medição harmônica. A instrumentação seguintes são comumente empregados.
True-rms metros
O valor root mean square (rms), também conhecido como o valor efetivo, é a verdadeira medida dos parâmetros elétricos. Por exemplo, rms atual representa o efeito líquido de aquecimento atual em equipamentos elétricos, determinando assim a classificação térmica do equipamento. Operação de fusíveis e disjuntores térmicos magnéticos é baseado em rms atual. Em transformadores, as tensões rms determinar os níveis de densidade de fluxo magnético no núcleo do transformador.As classificações de tensão rms determinar os limites de operação de equipamentos elétricos. A relação entre o rms, médio e valores de pico de uma onda senoidal pura atual segue. Fator de forma (FF) e fator de pico (PF) são dois elementos que definem ainda mais formas de onda elétrica. Para uma onda senoidal pura, as seguintes relações são verdadeiras:
[I.sub.AVE] = (2 / [Pi] ([I.sub.M]) = (0,636) ([I.sub.M])
[I.sub.RMS] = (1 / [raiz quadrada de 2]) ([I.sub.M]) = (0,707) ([I.sub.M])
FF = [I.sub.RMS] [divididos pelo] [I.sub.AVE] = 1,11
PF = [I.sub.M] [divididos pelo] [I.sub.RMS] = 1,414
onde [I.sub.M] pico = corrente
[I.sub.RMS] = corrente rms
[I.sub.AVE] = Corrente média
Harmônicos em sistemas elétricos distorcer as formas de onda e alterar a rms e valores médios. Sob tais condições, a relação entre o rms, pico, e os valores médios não são representadas pelas equações acima.
Convencionais metros estilo analógico não medir com precisão os valores rms das tensões e correntes não senoidais, devido a deficiências na sua resposta aos componentes maior freqüência. Algumas formas anteriores de medidores digitais medir os valores de pico e média ou usar fatores de multiplicação para derivar valores rms. Em um ambiente harmônico-ricos, isso não é válido. True-rms metros, por um processo que envolve alta taxa de amostragem do sinal, recriar a forma de onda, e usar técnicas de transformação de freqüência para obter os valores true-rms.True-rms metros pode indicar que harmônicos estão presentes em um sistema elétrico, mas não pode fornecer uma repartição dos harmônicos significativos.
Analisadores harmônicos
Analisadores harmônicos são instrumentos eficazes para determinar a Waveshapes de tensão e corrente e medir o espectro de freqüência respectivas. Vários tipos de harmônica instrumentos de medição estão disponíveis, com cada tipo de ter uma capacidade diferente.
A mais simples medida de tensão monofásicos harmônica e atual, e fornecer informações sobre os espectros harmônicos. Esses instrumentos portáteis são fáceis de transportar. Fig. 1 mostra Waveshapes tensão e corrente e sua distribuição de freqüência harmônica gravados utilizando um analisador portátil harmônica. Além disso, fator de potência e informações ângulo de fase também são medidos pelo analisador harmônico utilizado. Os dados mostrados na Figura desenvolvimento. 1 foram medidos no terminais de alimentação de um painel de distribuição de energia de alimentação principal estrutura do computador tipo cargas.
Trifásica analisadores harmônicos medir as características harmônicas das três fases eo neutro ao mesmo tempo. Além disso, alguns dos analisadores de 3 fases fornecer gráficos das variações de distorção de corrente e tensão com o tempo.Estes gráficos são úteis para determinar se condições adversas de carregamento harmônico existem dentro das instalações durante a operação da planta. Fig. 2, na página 62, mostra tensão e corrente distorção harmônica medido por um analisador de 3 fases, com o instrumento leva conectados em um quadro principal fornecer um prédio de escritórios.
Além de medição de harmônicas, alguns analisadores são capazes de medir a potência, fator de potência, e os dados perturbação transitória para ajudar a avaliar a qualidade da energia dentro do sistema de energia. Como esperado, estes instrumentos são menos portáveis e consideravelmente mais caro do que o simples de mão do tipo de unidades.
Analisadores harmônicos calcular a distorção harmônica total (THD) da forma de onda, de modo que, em geral os limites de distorção, como estabelecido no âmbito das orientações das organizações profissionais, como o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), ou pela Comissão Electrotécnica Internacional (IEC) , não sejam ultrapassados. IEEE define THD pela seguinte equação:
THD = [raiz quadrada de [[([I.sub.2]). SUP.2] + [([I.sub.3]). SUP.2] + [([I.sub.4]). SUP.2] + [([I.sub.5]). SUP.2] + ...[([ I.sub.n]). SUP.2]] [divididos pelo] [I.sub.1 ]
onde, [I.sub.1] é o componente fundamental da corrente (60 Hz em os EUA) e [I.sub.2], [I.sub.3], [I.sub.4] ... [I.sub.n] são os componentes de freqüência harmônica da corrente (múltiplos da freqüência fundamental).
Enquanto estiver usando um analisador de harmônicas, é importante que você verifique que os transformadores de tensão e corrente (PTs e CTs) utilizado com o analisador tem características satisfatórias maior resposta de freqüência.Normalmente, estes transformadores são projetados para otimizar o desempenho até uma freqüência de corte, além do qual a sua precisão cair consideravelmente, introduzindo erros na medição. Por exemplo, para medir dados a distorção de forma de onda até o harmônico 50, os PTs e CTs devem ter uma resposta de freqüência de pelo menos 3 kHz. (50 x 60 Hz harmônica = 3000 Hz). Os fabricantes de analisadores harmônica geralmente são capazes de fornecer CTs com excelente resposta de freqüência harmônica.
Usando um osciloscópio
Osciloscópios têm sido tradicionalmente usadas para solucionar problemas de circuitos eletrônicos e elétricos. Os escopos mais velhos analógico tinha características de baixo de alta freqüência de resposta e eram muito limitados na sua capacidade para realizar análises de forma de onda. O armazenamento digital ao estilo de escopos, que estão agora disponíveis, além de realizar suas funções tradicionais, têm a capacidade de adquirir e armazenar sinais e executar operações matemáticas para determinar características de freqüência. Estas unidades coletar e armazenar os dados de forma de onda utilizando sondas de tensão e corrente. Estes dados, em seguida, é baixado em computadores e sintetizados para determinar as características de freqüência de onda.
Usando analisadores harmônicos
Analisadores harmônicos são fornecidos com sondas de tensão e sensores de corrente. Alguns analisadores têm 7-9 canais para medição simultânea de 3 fases tensões e correntes e os neutros (cada canal a leitura de um parâmetro). Existem outros instrumentos disponíveis que oferecem canais de menos. Se você tiver apenas um número limitado de parâmetros elétricos para ser lido ao mesmo tempo, os dispositivos de última irá funcionar bem. Fig. 3 mostra uma instalação típica de um analisador harmônico para medir harmônicos em um 3-fase, 4 fios do painel de iluminação. Se você quiser fazer medições do fator de potência e de energia, certifique-se que as polaridades das sondas de tensão e os sensores de corrente sejam adequadamente mantidos, sob pena de fazer isso irá produzir resultados imprecisos.
Para alta tensão (acima de 600V) e alta actuais instalações, PTs e CTs devem ser usados. Novamente, certifique-se a resposta de alta freqüência destes transformadores de instrumento é adequado.
O local onde um analisador está a ser instalado depende do tipo de dados necessários. Se você suspeitar que uma determinada peça de equipamento está gerando harmônicos, então o analisador deve ser colocado nas linhas de alimentação do equipamento em um local próximo ao equipamento. É preciso compreender que enquanto você move o analisador de upstream em direção à fonte de energia, as correntes harmônicas tornar-se um percentual decrescente da carga total. Isto é em parte devido à combinação harmônica de cargas não-lineares e cargas lineares em locais a montante. Além disso, as correntes de componente harmônico gerado pelas fontes diferentes têm diferentes ângulos de fase entre eles.O efeito líquido é o cancelamento de algumas das correntes harmônicas como o local de medição é movido a montante.
Ao tomar medidas, lembre-se que, enquanto certas combinações de condições de operação pode sujeitar um sistema elétrico a níveis perigosos de distorções harmônicas, as condições de funcionamento pode ser normal durante o resto do tempo. A melhor maneira que você pode resolver isso é para fazer leituras de 24 horas ou períodos mais longos.
As análises dos resultados dos testes
Ao examinar tensão harmônica e dados atuais, você pode obter informações importantes sobre as características operacionais de um sistema de poder. Tensão anormal, assim como condições anormais de corrente pode causar problemas. Por exemplo, a maioria dos tipos de equipamentos elétricos têm classificações de distorção de tensão máxima para um funcionamento satisfatório. Quando a distorção da tensão exceder a tolerância estabelecida, certos tipos de equipamentos podem funcionar mal ou não.
A distorção atual, a magnitude da corrente fundamental e / ou a distribuição de freqüência e magnitude da corrente harmônica pode causar falha de equipamento.Um sub-produto da distorção de corrente é o excesso de estresse térmico, que é uma das principais causas de falha do equipamento.
A partir de dados espectro harmônico, k fatores podem ser calculados para ver se transformadores podem lidar com segurança com as correntes de carga harmônico.
De emergência conjuntos motor-gerador, instalado para fornecer energia durante interrupções de serviço público, geralmente não são muito grandes. Assim, eles são muito limitados em sua capacidade de lidar com cargas harmônicas e pode falhar durante uma emergência.
Motors pode experimentar falhas mecânicas devido a oscilações de torção do eixo produzido pelo fluxo de correntes harmônicas nos enrolamentos do motor. Portanto, é vital que você analisar cuidadosamente os dados harmônica para que medidas podem ser tomadas para evitar danos sérios ao equipamento. É claro, você tem que obter informações sobre classificações de equipamentos para fazer tais julgamentos.
Distorção de forma de onda assinaturas
Distorções harmônicas são caracterizadas pela natureza da fonte responsável pela distorção. Ao examinar a forma de onda, é possível que você possa determinar a natureza da carga produzir a distorção. Por exemplo, inversores de freqüência variável (VFDs), que usam circuitos de ponte retificadora, produzem uma forma de onda única corrente com duas corcovas. Cargas de computadores produzir picos devido a correntes de carga capacitiva atraídos pela fonte de alimentação. Correntes de lâmpadas fluorescentes apresentam uma forma de onda plana atual devido à marcante do arco no lâmpadas; neste momento, a tensão ea corrente através do arco-se plana. Corrente consumida por fornos de arco grande onda produz distorções extremas, com desigual meios ciclos positivos e negativos das correntes.
Certos tipos de equipamento produzir mesmo fim-harmônicos. Estes harmônicos (2, 4, 6, 8, etc) são insignificantes se os ciclos da corrente meia positivas e negativas são iguais, como em um sistema de energia simétrica. Mesmo fim de corrente de freqüência harmônica é um produto de consumo de corrente diferentes durante dois ciclos e meio. Equipamento de medição não vai ler mesmo fim-harmônicos porque estes harmônicos cancelar [dados tabulares omitidos] se fora. No entanto, quando as metades positivas e negativas da corrente não são iguais, e até mesmo fim-harmônicos estão presentes, em seguida, equipamento de medição irá medir o que está acontecendo.
Mesmo fim-harmônicos, onde metades positivas e negativas da corrente não são iguais, são produzidas por fornos a arco, de fase única ponte, e os circuitos retificadores de meia onda (como o usado no carregamento da bateria e fontes de alimentação para as operações de revestimento), e por transformador magnetização correntes. Quando as condições de equipamento de medição medida do mesmo fim-harmônicas, há geralmente não deve ser motivo para alarme porque o equipamento opera dessa forma.
Se retificadores controlados de silício (SCR) estão na linha (como o usado em alguns VFDs), no entanto, em seguida, uma leitura do mesmo fim-harmônicas é uma indicação de mau funcionamento, como os SCRs sendo inigualável devido às imperfeições de fabricação. Nesta condição, o SCRs não pode ligar ou desligar precisamente. Portanto, o tempo de condução não é igual, ou o SCRs estão disparando de forma incorreta. Em tais casos, o fluxo de corrente durante os meios ciclos positivos e negativos ocorre durante durações diferentes, resultando em incompatibilidade de corrente durante os dois ciclos e meio.
Uma pequena quantidade de incompatibilidade pode ser tolerado pelo equipamento, e os sinais produzidos não podem ser significativas o suficiente para se destacar quando se toma as leituras dos instrumentos. Se a incompatibilidade é extrema, instrumentação prontamente mostram as harmônicas até mesmo ordem. Aqui, você deve tomar medidas corretivas imediatas.
Como você pode ver, é importante que você tenha uma compreensão dos tipos de equipamentos conectados ao sistema elétrico ao tomar medidas. Para ajudá-lo na identificação de fontes de problema, alguns fabricantes de analisador de harmônicas têm publicado livros contendo amostras de assinatura formas de onda.Você pode comparar sua forma de onda com os publicados para determinar a origem do problema.
Em alguns casos, tendo medição harmônica em um local é tudo que você precisa para definir o problema. Em outros casos, você terá que fazer um levantamento completo harmônica e análise para avaliar o problema harmônica. A pesquisa harmônica pode envolver a recolha de dados em vários locais usando analisadores harmônicos e metros, conforme necessário. Uma vez que os dados são coletados, análise harmônica deve ser realizada para identificar possíveis problemas, como a série e ressonância paralela, aquecimento harmônica, e oscilações do motor de torção.
IEEE 519-1992 cumprimento
A análise acima revela, ainda, se o sistema da instalação de energia está em conformidade com os requisitos observado no IEEE 519-1992, Práticas Recomendadas e Requisitos para Controle de Harmônicos Em Sistemas de Energia Elétrica, conforme indicado na tabela acima, por injeção de corrente harmônica nas linhas de serviço público. Estes requisitos foram estabelecidos para garantir que excesso de correntes harmônicas não são tão injetada, o que afetaria a qualidade de energia para outros usuários que compartilham as linhas de mesma potência e equipamentos de utilidade mais overstress. Atualmente, uma série de utilitários está considerando colocar limitações contratuais em sua estrutura tarifária em relação a injeção harmônica pelos seus clientes. Descumprimento pode levar a penalidades, horários taxa mais elevada, ou corte do serviço elétrico mesmo.
As limitações harmônica estabelecida pelo IEEE 519-1992 também são aplicáveis aos equipamentos dentro de uma instalação, como a implementação do padrão irá ajudar a aumentar a bom funcionamento. O ponto de medição de corrente harmônica, neste caso, é a junção comum entre as cargas de ofender e outros equipamentos. Para um exemplo de como usar o padrão IEEE, e fazendo referência à tabela, assume [I.sub.SC] / [I.sub.L] é 16. Então a distorção harmônica corrente líquida de todos os harmônicos até e incluindo o dia 10 não deve exceder 4,0%; a distorção harmônica corrente líquida de todas as correntes 11 a 16 não deve exceder 2,0%, e assim por diante. O THD devido a todos os harmônicos não deve exceder 5,0%. O raciocínio por trás dessa forma de limites graduada é garantir que os usuários maiores fornecidos pelo utilitário não são permitidos para injetar uma maior quantidade de correntes harmônicas de freqüência do que os usuários menores. Espera-se que o uso de IEEE 519-1992 irá resultar em um funcionamento satisfatório do sistema de potência dentro de uma instalação, sem colocar peso excessivo sobre as outras cargas ou clientes outro utilitário de partilha mesma fonte de alimentação.
Praticar com segurança é importante
Segurança pessoal é a principal preocupação durante a instalação do equipamento de medição de harmônicas em circuitos elétricos. Consciência dos perigos que existem em uma situação é o primeiro passo em direção à segurança pessoal. Esta consciência deve ser aumentada através da educação sobre os procedimentos de segurança adequada e sobre o equipamento necessário para proteger contra os perigos. Obviamente, uma ação prática segura é desenergizar o equipamento eléctrico antes da instalação de qualquer instrumentação de medição de harmônicos. Um procedimento para segurança deenergizing um circuito elétrico pode envolver duas partes. O primeiro passo é avaliar o circuito para a mudança de pontos e realimenta possível. Isto é feito através da comparação do diagrama unifilar e outras informações disponíveis associados ao circuito a ser desenergizada e depois de preparar um plano para desligar as conexões ao vivo. O segundo passo é realizar a mudança na ordem estabelecida pelo plano.
Uma vez que o circuito é desenergizada, você deve instalar fechaduras e marcas em todos os dispositivos aplicáveis desconectar e alças para garantir que o circuito não pode ser energizado. Dispositivos de bloqueio estão agora disponíveis para todos os tamanhos de chaves, clips de fusíveis, disjuntores e outros dispositivos. Se você não pode usar fechaduras, uma marca deve ser complementada por pelo menos uma medida de segurança adicionais, tais como estantes um disjuntor extraível, ou desligar os condutores de carga.
Após o bloqueio for concluída, você deve verificar se o circuito é, de fato, desenergizada. Isto pode ser feito usando equipamentos de teste classificado para o sistema de linha-a-linha de tensão. Qualquer medidor de teste usado para verificar o circuito deve ser verificado para a operação adequada antes e depois das medições.
Às vezes, não é prático para desenergizar um circuito para a instalação de instrumentação de medição de harmônicos. Nesses casos, você deve usar equipamento de proteção adequado ao instalar os instrumentos. Este equipamento inclui resistente ao fogo, roupas, óculos de segurança, chapéus de segurança, tapetes de borracha, luvas eléctricas, e mangas elétrica. Além disso, uma segunda pessoa treinada em CPR e primeiros socorros outros deve estar presente durante a instalação de terminais de teste. Nunca tente instalar cabos de teste de instrumentação em circuitos de alta tensão energizado (acima de 480V). A foto acima mostra o método correto de instalação de sondas em equipamentos elétricos.