Análise da forma de onda – Quando, como e por quê?

out, 2015

Edição 116 – Setembro de 2015
Por José Starosta

Aqueles que habitualmente frequentam as sempre ricas sessões das sucessivas “Conferências sobre Qualidade da Energia”, organizadas pela turma da Sociedade Brasileira de Qualidade da Energia Elétrica (SBQEE), se acostumaram a ouvir nossos velhos mestres explicando a importância da cuidadosa avaliação da forma de onda quando se deseja entender os fenômenos de qualidade de energia, no domínio do tempo. Ao contrário das medições tomadas no domínio da frequência, em que as variáveis elétricas são integradas e disponibilizadas em comportamentos das tensões e correntes eficazes ou mesmo nas diversas frequências, as potências, distorções, desequilíbrios e outras variáveis (todas integradas) ao longo do tempo. Já no domínio do tempo é possível avaliar o comportamento das formas de onda de tensões e das correntes de características senoidais em tensão alternada com propósitos aplicados na analise da qualidade da energia de forma mais acurada.

Ponto de discussão

A questão a ser discutida, e o debate sempre aparece, está relacionada ao que se deseja medir. Em um paralelo simplista com as medições de distância entre dois pontos, a questão está em se escolher em utilizar uma trena ou um micrômetro para efetuar tal medição.

Valor instantâneo ou integrado

Voltando ao nosso caso elétrico, a situação é semelhante. Se desejamos conhecer o carregamento médio de um transformador, o fator de potência médio de uma carga, a distorção harmônica média de tensão de um barramento e, assim por diante, teremos que ter acesso às variáveis integradas no domínio da frequência. Note que estamos tratando de valores médios. Neste caso, normalmente, os ciclos registrados são integrados em (grandes) intervalos de 5 a 15 minutos. Note que 15 minutos equivalem a 54.000 ciclos em 60 Hz; considerando-se três fases de tensão e três de corrente, teremos então 324.000 ciclos, que se tomados a uma taxa de 512 amostras/ciclo serão necessários pouco mais de 165 milhões de pontos para formar a amostra destes 15 minutos. Quando as variáveis são integradas, estes 165 milhões de pontos são convertidos em seis pontos (três tensões e três correntes).

A análise da qualidade de energia no regime do tempo, as senoides devem ser investigadas não a cada ciclo, mas, muitas vezes, a análise esbarra na resolução da construção desta senoide. Em outras palavras, se uma senoide é construída digitalmente com uma taxa de 512 amostras por ciclo, a resolução será de aproximadamente 30 µs, e os fenômenos “visíveis” serão somente aqueles que venham a ocorrer em intervalos superiores a este período. Havendo a necessidade de se aumentar esta resolução, será necessário aumentar a taxa de amostragem para, por exemplo, 1024 amostras por ciclo.

A conhecida curva ITIC reproduzida na Figura 1 apresenta a tolerância permitida do comportamento da tensão na alimentação das cargas de tecnologia de informação (TI) e possui sua construção com ocorrências a partir de 1 µs, passando por 1 centésimo do ciclo (em 50 Hz) – 200 µs, 1 ciclo, 10 ciclos e assim por diante. Os valores de tensão, notadamente aqueles menores que 1 ciclo, são observados nas formas de onda. Esta análise, típica de fenômenos transitórios, só é possível de ser feita com instrumentos capazes de registrar a guardar todas estas informações.


Figura 1 – Curva “ITIC“. Fonte: ITIC.org.

Outras necessidades para avaliação em regime do tempo estão relacionadas aos distúrbios de qualidade energia como os afundamentos e elevações instantâneas, momentâneas e mesmo temporárias de tensão, distorções e deformações de forma de onda e cortes de tensão (ou notches) como ilustra a figura 2, onde se observa o comportamento da distorção de tensão em regime da frequência (3ª linha do gráfico) e as formas de onda de tensão e corrente. O zoom indicado ilustra a ocorrência de cortes de tensão (ou notches) devido à entrada da carga em operação. 


Figura 2 – Registro contínuo de distorção de tensão, e formas de onda de tensão e corrente. Zoom da forma de onda de tensão. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

Conclusão

A avaliação dos distúrbios de qualidade de energia para a mitigação e ações corretivas requer aplicação de instrumentos adequados para avaliação dos fenômenos. As soluções corretivas podem ser tomadas nas fontes, nas cargas, na topologia da instalação ou com a instalação de dispositivos de compensem o fenômeno como filtros, compensadores, acionamentos e outros.

Tomar ações corretivas sem o total conhecimento das ocorrências e comportamento das variáveis elétricas como as disponibilizadas pelas analises no regime do tempo pode comprometer o projeto.

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