ARTIGO TÉCNICO-COMERCIAL
revista técnico-profissional
o electricista
177
ABB, S.A.
ABB
{ UMA MELHORIA ACTIVA DA QUALIDADE – FILTROS ACTIVOS PQF MELHORAM O RENDIMENTO E EFICIÊNCIA DOS SISTEMAS}
A crescente utilização de cargas não lineares nas aplicações industriais e comerciais originou harmónicos que podem ser prejudiciais para a rede eléctrica e provocar o sobreaquecimento dos cabos, motores e transformadores, provocar danos nos equipamentos sensíveis, desligar disjuntores e fundir fusíveis, e envelhecer prematuramente a instalação.
Os filtros activos e modulares PQF da ABB representam uma solução fiável e rentável para este problema, dados que supervisionam continuamente a intensidade em tempo real para determinar a presença de harmónicos e injectam correntes harmónicas na rede, na fase exactamente oposta à dos componentes que vão ser filtrados. Os dois harmónicos anulam-se entre si para que o transformador de alimentação veja uma onda sinusoidal limpa. As redes com energia eléctrica de má qualidade ocasionam perdas económicas, um impacto negativo no meio ambiente ou problemas de segurança. Existem três causas importantes da qualidade deficiente da energia eléctrica: › Poluição harmónica; › Desequilíbrio de cargas que provocam desequilíbrios de tensão; › Energia reactiva. Quando estas condições sucedem demasiadas vezes, ocorrem falhas frequentes nos equipamentos ou a redução da vida destes, perdas de produção, menores níveis de segurança nas instalações, maior pegada de carbono, incumprimento das normativas do serviço de fornecimento e outros efeitos não desejados.
Além das perdas económicas, ocorrem outros custos pelas perdas acrescidas de kWh em componentes típicos da rede, como transformadores, cabos e motores. Tais perdas recaem nas centrais eléctricas de fornecimento público e, dependendo do processo e da fonte da energia eléctrica, aumentam as emissões de CO2. As centrais nucleares, por exemplo, não deixam pegada de CO2 por kWh, ao passo que as centrais eléctricas de carbono geram entre 900 e 1.000 g/kWh. Se a produção pára devido à qualidade deficiente da energia eléctrica, os custos são enormes. Na Figura 1 apresentamos uma visão geral das perdas económicas típicas produzidas por um incidente de qualidade da energia (paragem) em instalações eléctricas de vários sectores industriais. Os dados assinalados com asterisco procedem de um estudo à escala europeia sobre este tema, realizado pelo Instituto Europeu do Cobre em 2002. A restante informação é baseada em dados da ABB.
Sector
Financial loss per incident (in euros)
Semi-conductors production(*)
3.8 million ($5.3 million)
Financial trade(*)
6 million ($8.4 million)
Computer center(*)
750,000 ($1 million)
Telecommunication(*)
30,000 ($42,000)
Steel industry(*)
350,000 ($490,000)
Glass industry(*)
250,000 ($350,000)
Offshore platforms
250,000 - 750,000 ($350,000 - $1 million)
Dredging/land reclamation
50,000 - 250,000 ($70,000 - $350,000)
Figura 1 . Exemplos de perdas económicas derivadas de incidentes de qualidade de energia.
Um possível método para quantificar teoricamente as perdas acrescidas que provocam os harmónicos nos transformadores é utilizar a norma IEEE C57.110. O impacto calculado dependerá das circunstâncias locais, mas o que acontece é que as perdas se acumulam com rapidez.
o electricista
ARTIGO TÉCNICO-COMERCIAL
revista técnico-profissional
750
750
500
500
250
250
Volts
Volts
180
0 -250
-500
-750
-750 3,000
3,000
2,000
2,000
1,000
Amps
1,000
Amps
0 -250
-500
0 -1,000
0 -1,000 -2,000
-2,000
-3,000
-3,000 10:25:43.72 10:25:43.73
10:25:43.74
10:25:43.75
10:25:43.76
10:25:43.77
10:25:43.78
10:41:55.72 10:41:55.73
10:41:55.74
10:41:55.75
10:41:55.76
10:41:55.77 10:41:55.78
Waveform event at 22/11/01 10:41:55.533
Waveform event at 22/11/01 10:25:43.533 CHA Volts
CHC Volts
CHB Amps
CHA Volts
CHC Volts
CHB Amps
CHB Volts
CHA Amps
CHC Amps
CHB Volts
CHA Amps
CHC Amps
Figura 6 . Formas de onda de tensão (acima) e de intensidade (abaixo) antes da
Figura 7 . Formas de onda de tensão (acima) e de corrente (abaixo) antes da
filtragem no lado da baixa tensão do grupo de bombagem.
filtragem no lado da baixa tensão do grupo de bombagem.
torção harmónica total de tensão (THDV) no lado da baixa tensão do grupo seria igual a 12% e a distorção harmónica total de corrente (THDI) seria de 27% (Figura 6). Com filtros activos, a THDV foi reduzida para 2% e a THDI para 3%, como ilustra a Figura 7. Na generalidade, melhorou-se notavelmente a qualidade da energia dos grupos, o que permite que a instalação funcione dentro dos limites da norma IEEE 519 e garanta um funcionamento sem problemas dos diferentes grupos. Num segundo exemplo examina-se a qualidade da energia a bordo de um navio. O navio em questão tem uma central eléctrica que funciona com dois geradores de 600 kVA cada. As cargas principais são duas unidades de propulsão com accionamento de CC. Antes da compensação, a THDI estava a cerca de 25% e THDV correspondente era de aproximadamente 22%. O cos da instalação estava em cerca de 0,76 e o consumo de combustível do navio estava entre 14.000 e 15.000 litros por mês. Os requisitos do cliente passavam por reduzir a poluição harmónica para níveis aceitáveis de forma a evitar problemas com as unidades de propulsão e realizar a compensação da energia reactiva sem risco de sobrecompensação. Por isso foram seleccionados e instalados filtros activos da ABB. O cliente ficou satisfeito porque os proble-
mas técnicos foram resolvidos e garantiram uma poupança de cerca de 10% dos custos de combustível. Em termos anuais, o cliente tem a possibilidade de poupar cerca de 18.000 litros de combustível. Assim as questões relativas à qualidade da energia ocorrem com frequência nas redes industriais devido à presença de um número considerável de (grandes) cargas poluentes. Em todo o caso, a qualidade da energia é também motivo de preocupação nas aplicações comerciais. Nestas aplicações a presença de muitas cargas poluentes monofásicas criam problemas: 1) Aumento do stress harmónico a que estão submetidos os equipamentos que são mais vulneráveis do que os equipamentos industriais; 2) Excitação de ressonância devida à presença do terceiro harmónico em combinação com baterias de condensadores com uma reactância de dessintonização incorrectamente seleccionada ou sem nenhuma reactância em absoluto; 3) Correntes no neutro com valores superiores à capacidade dos condutores de neutro e aos barramentos de neutro; 4) Tensões do neutro à terra demasiado alta, que podem não ser aceites para o funcionamento do produto e/ou sob o ponto de vista de segurança. 5) Presença de cos capacitivo devido ao moderno hardware do servidor, que pode
exigir com o tempo a diminuição dos valores do sistema UPS, e outros. Um exemplo de aplicação comercial é a qualidade da energia num prestigiado hotel de várias estrelas. Este hotel dispõe de habitações, suites, salas especiais e área de negócios. As cargas típicas que se podem encontrar são ascensores de alta velocidade, dimmers para regulação da luminosidade e outro sofisticado equipamento de iluminação, bem como outros equipamentos habituais de escritório, como computadores, impressoras, e outros. Devido a todas estas cargas, a qualidade da energia eléctrica tem-se deteriorado na medida em que a tensão é instável. A simples mudança do ponto de trabalho das cargas num dos lados do edifício afectaria o funcionamento de outras cargas situadas em outras dependências. Isto era claramente inaceitável, já que poderia provocar a perda de clientes pela baixa qualidade do serviço. O equipamento de filtragem da ABB solucionou estes problemas.
Para mais informações ABB, S.A. Tel.: +351 214 256 000 . Fax: +351 214 256 390 marketing.abb@pt.abb.com . www.abb.pt