EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE QUALIDADE DE ENERGIA

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO – CAMPUS SÃO PAULO
ALEXANDRE ISSAMU IMANISHI HARA
EDNALDO DE ARAUJO CRUZ CORREIA
IGOR SANTANA DA SILVA
NELSON FERRER FRANCO
equipamentos de medição de qualidade de energia
SÃO PAULO
2016
ALEXANDRE ISSAMU IMANISHI HARA
EDNALDO DE ARAUJO CRUZ CORREIA
IGOR SANTANA DA SILVA
NELSON FERRER FRANCO
equipamentos de medição de qualidade de energia
Trabalho apresentado ao Professor Marcos Kurata como requisito parcial para aprovação na disciplina, Qualidade de Energia Elétrica no curso de Tecnologia em Sistemas Elétricos do Instituto Federal de Educação, ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus São Paulo.
SÃO PAULO
2016
 INTRODUÇÃO 
Os distúrbios relacionados à má Qualidade da Energia Elétrica (QEE) têm causado grande preocupação em todos os setores que utilizam essa matéria prima em seus processos, pois os mesmos podem causar efeitos indesejáveis ao funcionamento de equipamentos e máquinas utilizados nas indústrias. Na realidade, esses problemas atingem não somente o setor industrial como também o comercial e o residencial. Esse fato tem impulsionado os pesquisadores a estudar os principais distúrbios de QEE a fim de encontrar medidas que diminuam ou até mesmo eliminem os seus efeitos indesejáveis.
Para isso, é necessário o uso de analisadores de QEE, registradores de QEE ou qualquer outro instrumento que seja capaz de medir os parâmetros que caracterizam os distúrbios de QEE. Os medidores de qualidade de energia, ou analisadores de potência, podem medir com precisão as características elétricas dos dispositivos que geram, transformam ou consomem energia. Estes instrumentos também chamados de analisadores de potência, medidores de potência, Wattímetros ou ainda medidores de energia fornecem medições de potência (watts), fator de potência, harmónicas, tensão, corrente etc.
Como já citado, os medidores de qualidade de energia, são peças importantes para a análise da QEE e possivelmente a diminuição de distúrbios causados pela à má qualidade de energia.
 POWER QUALITY ANALYSER 
Inicialmente, observaremos as características básicas de um Power Quality Analyser (medidor de qualidade de energia), utilizando o instrumento ET 5060C da marca MINIPA, onde será feito a analise de suas funções e formas de utilização. Seguiremos observando modelos de medidores de qualidade de energia de outros fabricantes.
Funções de Medição
Segue-se uma breve descrição dos diferentes processos de medição para a análise exata da rede a ser examinada utilizando o ET 5060C da marca MINIPA.
Power Quality
A representação da Power Quality (Qualidade da tensão) oferece-lhe um diagrama com uma apresentação geral dos parâmetros assim permitem-lhe reconhecer imediatamente quais são os parâmetros de medição que apresentam altos desvios podendo, em seguida, proceder a uma análise detalhada dos mesmos com as funções de medição especiais.
 Volts/Ampéres/Hertz (“Volts/Amps/Hertz”)
Esta função mostra-lhe simultaneamente os valores da tensão e da corrente, bem como a respectiva frequência e a corrente do condutor neutro. Pode também usar esta função de medição para obter uma visão geral destes valores, antes de proceder a uma análise detalhada do sinal através das funções restantes.
 Formas de onda (“Waveforms“)
Obtém as tensões, correntes e o ângulo ϕ na “representação de osciloscópio“, bem como os respectivos valores momentâneos na posição de cursor. Esta função dá-lhe uma representação clara do fluxo da corrente e da tensão da rede sob medição.
 Harmónicas (“Harmonics“)
As harmónicas são tensões sinusoidais com uma frequência que corresponde a um número múltiplo inteiro da fundamental da tensão de alimentação. Cada sinal periódico é composto por um número (infinito) de oscilações sinusoidais de diferentes frequências e amplitudes. O contributo de cada uma destas oscilações sinusoidais individuais é representado num gráfico de barras até à 40.ª harmónica. Quanto menor a harmónica (a partir da 2.ª harmónica, a 1.ª é a fundamental), melhor a qualidade da tensão.
 Potência (“Power“)
Esta função permite-lhe obter os valores da potência dissipada. Pode-se medir simultaneamente a potência ativa, reativa e aparente, bem como o respectivo fator de potência. Adicionalmente, pode também visualizar a energia da potência ativa e reativa.
 Assimetrias (“Unbalance“)
Na rede trifásica existe entre as fases individuais um desfasamento nominal de 120° (3 x 120° = 360°). Esta função de medição indica em que medida este desfasamento corresponde ao valor nominal. Esta medição não é usada na rede monofásica nem nas ligações triângulo.
 Ocorrências (“Events“)
As ocorrências são quedas de tensão, sobretensões e interrupções da tensão.
Este modo de medição regista automaticamente todas as ocorrências para posterior avaliação. Os valores limiares que desencadeiam estas ocorrências são livremente configuráveis no menu.
 Tremulação (“Flicker“)
As flutuações da tensão causam alterações na luminância de lâmpadas, que podem criar o fenómeno visual chamado tremulação ou “flicker“. Distingue-se entre Pst (tremulação de curta duração) com média superior a 10min e Plt (tremulação de longa duração) com média obtida a partir de 12 valores Pst. Adicionalmente, é ainda indicada a FL (tremulação instantânea) a qual descreve o valor momentâneo.
 O que é FLICKER?
São mudanças sustentadas da amplitude da tensão fundamental. Em geral são provocadas por variações de cargas. O efeito principal é o fenômeno de flicker, mas as flutuações de tensão podem ocasionar oscilações de potência nas linhas de transmissão, levando os geradores a oscilar entre si (oscilações eletromecânicas) ou com a turbina (ressonância subsíncrona). Podem também ser decorrentes de ajuste inadequado ou descoordenado dos reguladores de tensão, que realimentam pequenas variações positivamente, devido à taxa de amortecimento negativa das malhas de controle.
MEDIDORES DE QUALIDADE DE ENERGIA DISPONÍVEIS NO MERCADO
Minipa ET-5060
Este equipamento permite apurar se a qualidade de tensão da rede esta de acordo com a norma EN50160.
Figura 1 - Elementos de comando do ET-5060
Figura 2 - Conexões do ET-5060
A comunicação com um PC externo é feita através da interface serial RS232. Assim sendo possível ler e avaliar comodamente os dados de medição guardados dentro da memoria do medidor. Além disso, a atualização do Firmware é feita através dessa interface.
Mostrador LCD
Figura 3 - Símbolos do mostrador LCD
Figura 4 - Representação EN50160
As barras individuais, da esquerda para a direita, representam respectivamente as fases L1, L2 e L3. Ao apertar o botão <Hold/Run>, os valores indicados momentaneamente são congelados.
Figura 5 - Mostrador LCD com medições de tensão e corrente e outro com medições de potencias e fator de potencia.
Função do registrador
Ativa-se essa função com a tecla <Record/Measure>.
Essa função registra os valores medidos em intervalos de tempo ajustados. O modelo ET-5060 suporta ate que 1440 intervalos sejam registrados, assim tendo intervalos de 1 segundo (1 segundo * 1440 = 24 minutos) é possível registrar ate 24 minutos. Assim que tiver decorrido o tempo máximo de registro possível, para um determinado intervalo de tempo ajustado, os resultados de medição serão apresentados no mostrador LCD.
Figura 6 - Função registradora para tensão e frequência e outra para potência ativa e fator de potência.
Especificações do Aparelho
Medição na Rede Monofásica
Para realizar a medição com o analisador em uma rede monofásica, ligue o aparelho, de acordo com a figura a seguir, à rede de alimentação a ser medida. 
	TENSÃOLinha de Alimentação
	Linha de Medição
	L
	L1
	L
	L2
	L
	L3
	N
	N
	CORRENTE
	Linha de Alimentação
	Linha de Medição
	L
	L1
	Não Ligada
	L2
	Não Ligada
	L3
	Não Ligada
	N
Figura 7 - Esquema de ligação para medição em rede monofásica
Medição na Rede Trifásica
Para medir todas as fases com o analisador na rede trifásica, ligue o aparelho, de acordo com a figura a seguir, à rede de alimentação de medida. Se, no menu, mudar a topologia da rede de alimentação para Δ a medição é realizada num circuito Aron (método de 2 wattímetros).
O diagrama de ligações a seguir aplica-se tanto à ligação em estrela como em triângulo. Para avaliar corretamente os valores de medição, tem de ter atenção ao código de cor ou ao rótulo nas linhas de medição:
	TENSÃO
	Linha de Alimentação
	Linha de Medição
	L1
	L1
	L2
	L2
	L3
	L3
	N
	N
	CORRENTE
	Linha de Alimentação
	Linha de Medição
	L1
	L1
	L2
	L2
	L3
	L3
	N
	N
Figura 8 - Esquema de ligação para medição em rede trifásica
Figura 9 - Medição do Quadro de energia localizado no Instituto Federal
Figura 10 - Valores obtidos durante a medição do Quadro Geral da escola ao partir um motor de indução.
Fluke 435-II Analisadores de Qualidade de Potência e Energia Trifásicos
 Aplicações
Captura de dados PowerWave – Captura valores RMS rápidos para ver todas as formas de onda para que você possa determinar como os valores de tensão, corrente e frequência estão interagindo.
Eficiência do inversor de energia – Eficiência do inversor de energia.
Contabilização da energia – Calcula o custo fiscal do desperdício de energia em função da baixa qualidade de energia.
Avaliação da energia – Quantifica as melhorias antes e depois da instalação no consumo de energia para justificar dispositivos de economia de energia.
Solução de problemas de primeira linha – Diagnóstico rápido de problemas na própria tela permite restabelecer a operação sem demora.
Manutenção preditiva – Detecção e prevenção de problemas de qualidade da energia antes de causarem paradas na operação.
Análise de longo prazo revela problemas intermitentes ou difíceis de encontrar.
Estudos de carga – Verifica a capacidade do sistema elétrico antes de aplicar as cargas.
Informações de Tela
Nesse tópico serão explicados os tipos de telas e os recursos comuns utilizados para se apresentar os resultados das medições de forma mais eficaz. 
Tela de medidor: Apresenta uma visão geral instantânea de um grande numero de valores de medições numéricas importantes. Todos os valores são registrados, desde que a medição esteja ativa e são armazenados na memoria quando a medição é interrompida.
 Modo de medição: Modo de edição ativo é mostrado no cabeçalho da tela.
Tela de tendência: A tendência mostra o curso dos valores de medição da tela de medidor ao longo do tempo.
 Valores de medição: Valores de medição numéricos principais. As cores de fundo são diferentes de acordo com a fase e a tensão ou a corrente. Se o cursor estiver ativado, os valores no cursor são mostrados.
Tela de forma de onda: Mostra as formas de onda da tensão e da corrente, conforme exibidas em um osciloscópio. O canal A (L1) é o canal de referencia e são exibidos 4 ciclos completos. A tensão nominal e a frequência determinam o tamanho da grade de medição.
 Indicadores de status: Os seguintes símbolos podem aparecer na tela para mostrar o estado do Analyzer e as medições.
 - Indicação que o intervalo de agregação (50/60 Hz) de 150/180 ciclos (3 s) está ativo. Sem nenhuma indicação, o intervalo de agregação é de 10 a 13 ciclos (50/60 Hz). A indicação deve ser usada para leituras baseadas em rms.
 - Tempo durante o qual uma medição está ocorrendo. Formato: horas, minutos, segundos. Durante a espera por um inicio cronometrado, uma contagem regressiva é realizada com prefixo -.
 - A medição pode estar instável. Por exemplo, aplicável à leitura de frequência durante a ausência de tensão em fase de referencia A (L1).
 - Indica que uma redução, aumento ou interrupção ocorreu durante o intervalo de agregação exibido. Indica que um valor agregado talvez não seja confiável.
 - Gravação de dados de medição está ativado / desativado.
 - Indicador de rotação do fasor.
 - Indicação de bateria / tensão. Durante a operação por bateria, a condição de carga da bateria é exibida.
 - Teclado bloqueado. Pressione ENTER 5 segundos para desbloquear/bloquear.
Tela do fasor: Mostra a relação de fase entre tensões e correntes em um diagrama vetorial. O canal de referencia A (L1) aponta para a direção horizontal positiva. A amplitude A (L1) é referencia para o tamanho da grade de medição.
 Área principal com dados de medição.
Tabela de gráfico de barras: Mostra a densidade de cada parâmetro de medição como um percentual por meio de um Gráfico de barras. Usada para harmônicas e monitoramento de qualidade de potencia.
Lista de eventos: Lista os eventos que ocorreram durante a medição com dados como data/hora de inicio, fase e duração.
 Linha de status: As informações a seguir aparecem na tela.
 - Data do relógio de tempo real do Analyzer. O formato de data pode ser mês-dia-ano ou dia-mês-anos.
 - Hora do dia ou tempo do cursor.
 - Tensão de linha nominal e frequência, sendo uma referencia para medições.
 - Indicador de intensidade de sinal GPS.
 - Numero de fases e a configuração de fiação para medição.
 - Nome dos limites usados para o monitor de qualidade da potencia e a detecção de eventos.
 Área de texto da tecla programável: As funções de tecla programável que podem ser selecionadas com F1 ... F5 são indicadas em branco. As funções não disponíveis atualmente são indicadas em cinza. As seleções de tecla de função ativas são realçadas com fundo preto.
Conexão para medição
Figura 11 - Esquema de ligação para medição em rede trifásica.
Primeiro coloque as pinças de corrente ao redor dos condutores da fase A (L1), B (L2), C (L3) e N (neutro). As pinças são marcadas com uma seta que indica a polaridade de sinal correta.
Após, estabelece as conexões de tensão, começando pelo aterramento e depois o N (neutro), A (L1), B (L2) e C (L3) sucessivamente. Para obter resultados de medições corretos, sempre conecte a entrada de aterramento.
Para medições de fase única, use a entrada de corrente A (L1) e as entradas de tensão de aterramento, N (neutro) e fase A (L1).
Antes de fazer as medições, configure o Analyzer para a tensão de linha, frequência e configuração de fiação do sistema de alimentação que se deseja medir.
Calculadora de perda de energia
O Analyzer oferece analise avançada do uso de energia para ajudar a determinar onde as perdas de energia ocorrem e visualizar seu impacto na conta de energia. A função Energy Loss (Perda de Energia) determina as perdas devido a varias causas:
kW efetiva: Perda devido ao transporte da energia efetiva causada pela resistência dos fios.
kvar reativa: Perda devido à potencia reativa transportada através do sistema, mas não fornece trabalho ativo. Perda causada devido ao fluxo da corrente.
kVA desequilibrada: Perda devido ao desequilíbrio na fonte e na carga. Essa função de medição exclusiva ajuda a revelar perdas que ocorrem devido ao desequilíbrio na rede. A potência em desequilíbrio é a Potencia Fundamental menos a potencia de sequencia positiva.
kVA de distorção: Perda devido a potencia de distorção (harmônicas). Permite determinar rapidamente e com antecedência a economia devido a filtragem ativa ou outros aprimoramentos de sistema. kVA de distorção devido ao fato de as harmônicas serem a potencial real (W) menos a potencia fundamental (W fund).
Neutra: Perda devido a corrente no condutor neutro. Além de ser uma fonte possível de situações de insegurança, como superaquecimento, a corrente grande que flui pelo neutro do sistema causaráperdas.
O Analyzer medirá esses componentes ao mesmo tempo e exibirá os custos por hora e os custos totais serão exibidos por ano.
É possível configurar manualmente diferentes taxas como o preço por kWh, comprimento (metros ou pés) e o diâmetro (milímetro quadrado ou AWG/American Wire Gauge) dos cabos entre a entrada de serviço e a carga. No modo AUTO, é considerado uma perda de 3% devido à resistência de fio.
As propriedades de cabo, a tarifa e a moeda podem ser predefinidas através do Setup (Configuração).
Figura 12 - Função Energy Loss (Perda de Energia).
 Uso do PC 
O Analyzer está equipado com uma interface USB isolada para comunicação com um PC. Para estabelecer a conexão com a porta USB de um PC, um cabo de interface USB-A para mini-USB é fornecido. Com o software Power Log, você pode carregar dados de tendência e forma de onda e capturas de tela no formato bitmap para seu PC ou laptop. As informações fornecidas com o software Power Log mostram seus recursos com detalhes. A conexão de interface está localizada atrás de uma tampa contra poeira no canto inferior esquerdo do Analyzer. *
*Texto informado pelo fabricante.Figura 13 - Localização do conector de interface USB
 Especificações
ANALISADOR DE ENERGIA MODELO: ET-5061C
 Aplicações
A ferramenta certa para avaliar e analisar os diversos parâmetros da energia elétrica em ambientes industriais, comerciais e residências. É um instrumento que possibilita a exibição instantânea no display TFT Retro-Iluminado Touch Screen, com armazenamento de dados em sua memória interna ou através de um dispositivo de armazenamento removível. Está de acordo com normas internacionais para realizar testes de qualidade de energia, fornecendo um conjunto completo de acessórios, incluindo 4 garras de corrente flexíveis e 5 garras de tensão. *
*Texto informado pelo fabricante.
Características 
 Especificações
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DECKMANN, S.M.; POMILIO, J.A. IT – 012: Avaliação da Qualidade da Energia Elétrica. 13p. Nota de Aula. Departamento de Sistemas e Energia, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas, 2016.
FLUKE CORPORATION. Fluke 434-II/435-II/437-II: Analisadores de Qualidade de Potência e Energia Trifásicos. Disponível em: < http://assets.fluke.com/manuals/F430-II_umpor0100.pdf>. Acesso em 24 abr. 2016.
MINIPA INDÚSTRIA E COMERCIO LTDA. Manual de Operação para ET-5060: Power Quality Analyzer. OPINSMINIPA, Revisão E. 2005
MINIPA INDÚSTRIA E COMERCIO LTDA. PROPOSTA TÉCNICA: ANALISADOR DE ENERGIA MODELO: ET-5061. Disponível em:
<http://www.minipa.com.br/Content/img/proposta/E2I2E9I7-ET-5061C-1302-BR.pdf>. Acesso em 24 abr. 2016.
SOUZA, J.H.D. et al. Comparação de Medidores de Qualidade da Energia Elétrica Quanto à Distorção Harmônica. Disponível em: <http://www.mfap.com.br/pesquisa/arquivos/20081211162804-31557.pdf>. Acesso em: 24 abr. 2016.